基于结构光标记的三维光场成像系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于结构光标记的三维光场成像系统及方法，用于重建被测物体的三维模型，解决了现有技术中三维模型重建精度低的问题，包括：投影标记模块，用于对被测物体表面投影及相位标记；光场记录模块，用于在若干视角下记录光场图像；光场转换模块，用于将被测物体的光场图像转换为四维光场数据；数据计算模块，用于将四维光场中等相位值的数据拟合为直线；以及，三维重建模块，用于根据直线的斜率及光场深度的对应关系重建被测物体的三维点云数据信息，以重建三维模型；通过对被测物体进行投影及相位标记，并利用采集到的光场图像建立四维光场数据，最后通过计算能够准确得出被测物体的三维点云数据，从而提高了三维模型重建精度。

【技术实现步骤摘要】
基于结构光标记的三维光场成像系统及方法
本专利技术涉及三维成像
，尤其涉及一种基于结构光标记的三维光场成像系统及方法。
技术介绍
随着科技的发展，基于光场成像理论的三维重建方法已经广泛地应用于军事科技、生活娱乐等领域，所以光场理论的三维重建方法成为了当今研究的热门话题，现有的基于光场理论的三维重建方法主要包括傅里叶层析法和极平面分析法。其中，傅立叶层析法主要是利用对四维光场数据进行分析，根据不同深度的像点的聚焦位置不一样，构建适当的滤波函数，得出大量随着深度变化图像对焦区域变化的层析图片，然后根据深度和对焦点的关系重建出物体表面三维模型，但是这种方法的重建精度低，重建得到的物体表面的三维点云数据不够完整。其次，极平面分析法是根据极线图的性质，物点对应的像素在极线图上呈直线分布，直线的斜率对应物点的深度，所以通过对光场的极平面图像进行优化处理，约束极平面数据中的直线斜率，求取物点的深度值，这种方法相对于傅立叶层析法，提高了光场成像的重建精度，但是由于直线的斜率的求解是基于灰度值的相似性而定的，对于同一条直线上的特征点很难确定，导致得到的物体表面的三维点云数据不够完整，从而使得广场成像的重建精度依旧有待提高。基于以上分析，现有的基于光场理论的三维重建方法得到的被测物体的三维点云数据不够完整，从而使得对被测物体表面的三维模型重建精度低。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种基于结构光标记的三维光场成像系统及方法，旨在解决现有技术中对被测物体表面的三维模型重建精度低的技术问题。为实现上述目的，本专利技术一方面提供一种基于结构光标记的三维光场成像系统，包括：投影标记模块，用于对被测物体表面进行投影及相位标记，在本实施例中，投影标记模块具体为投影仪，通过投影仪对被测物体表面进行投影及相位标记，在其他实施例中，投影标记模块还可为投影灯等具有投影及相位标记的设备；光场记录模块，用于在至少两个视角下全方位并重复记录带有相位标记的被测物体的光场图像；光场转换模块，用于根据相位标记将被测物体的光场图像转换为四维光场数据；数据计算模块，用于将所述四维光场中等相位值的数据拟合为直线；以及，三维重建模块，用于根据所述直线的斜率及光场深度的对应关系求解被测物体的三维点云数据信息，以根据所述三维点云数据信息重建被测物体的三维模型。通过采用上述技术方案，投影标记模块能够对被测物体进行投影及相位标记，从而使得光场图像的标记来源准确；光场记录模块能够在若干视角下记录带有相位标记的光场图像，从而全方位地记录被测物体表面的光场图像及相位标记，从而能够使光场图像在经过光场转换模块后，将光场图像的三维光场数据转换为四维光场数据，得出全方位的被测物体的光场图像数据，四维光场数据经过数据计算模块的转换后，被拟合为直线，三维重建模块能够根据直线的斜率及光场深度的对应关系计算出被测物体的三维点云数据信息，由于三维点云数据信息均来自于明确的四维光场数据，从而使得三维点云数据信息较为准确，从而提高了三维模型重建精度。进一步地，所述光场转换模块包括：相位解调单元，用于解调被测物体表面的相位标记；相位记录单元，用于记录解调出的所述相位标记；以及，相位集合单元，用于将被测物体的不同视角的相位标记集合，以将被测物体的三维光场数据转换为四维光场数据。进一步地，所述光场转换模块还包括：相位补偿单元，所述相位补偿单元用于将至少两个视角下的被测物体的相位相互补偿，以得出被测物体表面全方位的相位标记。进一步地，所述数据计算模块包括：数据查找单元，用于查找所述四维光场内等相位值的四维光场数据，相同相位标记点在不同视角下的相位值相等；数据转换单元，用于将所述四维光场内相位值相等的四维光场数据拟合为直线，并计算出所述直线的斜率。进一步地，所述数据计算模块还包括：重复查找单元，所述重复查找单元用于对所述四维光场内等相位值的四维光场数据进行至少两次查找。进一步地，所述光场记录模块包括：同轴记录单元，用于通过同轴且在同一直线不同位置上的视角记录所述带有相位标记的被测物体的光场图像。进一步地，所述同轴记录单元具体用于在所述同一直线上等距离记录不同位置视角的被测物体的光场图像。进一步地，所述投影标记模块具体用于通过主动式投影结构光形成的条纹编码对被测物体表面进行投影及相位标记。本专利技术另一方面提供了一种基于结构光标记的三维光场成像方法，包括：对被测物体表面进行投影及相位标记；在至少两个视角下全方位并重复记录带有相位标记的被测物体的光场图像；根据相位标记将被测物体的光场图像转换为四维光场数据；将四维光场数据中的等相位值的数据拟合为直线；根据所述直线的斜率及挂光场深度的对应关系重建被测物体的三维点云数据信息。进一步地，所述根据相位标记将被测物体的光场图像转换为四维光场数据包括：解调被测物体表面的相位标记；记录解调出的相位标记；将被测物体的不同视角的相位标记集合，并将被测物体的三维光场数据转换为四维光场数据。本专利技术提供一种基于结构光标记的三维光场成像系统，有益效果在于：通过在若干视角下记录被测物体带有相位标记的光场图像，能够全方位地记录被测物体的相位标记及光场图像，从而保证了被测物体的相位标记的完整性；通过光场转换模块将相位标记转换为四维光场数据，能够保证光场数据的完整性，并且由于被测物体的相位标记来源较为明确，故将相位标记转换后的四维光场数据较为准确；当数据计算模块将等相位值的四维光场数据拟合为直线后，三维重建模块根据直线的斜率及光场深度的对应关系重建被测物体的三维点云数据信息，由于直线的斜率来源为等相位的四维光场数据拟合成的直线，而四维光场数据的数据较为准确，从而使得三维点云数据信息较为准确，从而使得根据三维点云数据信息重建的被测物体的三维模型较为准确，从而提高了三维模型重建精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例基于结构光标记的三维光场成像系统的结构示意框图；图2为本专利技术实施例基于结构光标记的三维光场成像系统的光场转换模块的结构示意框图；图3为本专利技术实施例基于结构光标记的三维光场成像系统的数据计算模块的结构示意框图。在附图中，各附图标记表示：1、投影标记模块；2、光场记录模块；3、光场转换模块；4、数据计算模块；5、三维重建模块；31、相位解调单元；32、相位记录单元；33、相位集合单元；34、相位补偿单元；41、数据查找单元；42、数据转换单元；43、重复查找单元。具体实施方式为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1，为一种基于结构光标记的三维光场成像系统，包括：投影标记模块1、光场记录模块2、光场转换模块3、数据计算模块4及三维重建模块5；投影标记模块1用于对被测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于结构光标记的三维光场成像系统，其特征在于，包括：投影标记模块，用于对被测物体表面进行投影及相位标记；光场记录模块，用于在至少两个视角下全方位并重复记录带有相位标记的被测物体的光场图像；光场转换模块，用于根据相位标记将被测物体的光场图像转换为四维光场数据；数据计算模块，用于将四维光场中等相位值的数据拟合为直线；以及，三维重建模块，用于根据所述直线的斜率及光场深度的对应关系求解被测物体的三维点云数据信息，以根据所述三维点云数据信息重建被测物体的三维模型。

【技术特征摘要】
1.一种基于结构光标记的三维光场成像系统，其特征在于，包括：投影标记模块，用于对被测物体表面进行投影及相位标记；光场记录模块，用于在至少两个视角下全方位并重复记录带有相位标记的被测物体的光场图像；光场转换模块，用于根据相位标记将被测物体的光场图像转换为四维光场数据；数据计算模块，用于将四维光场中等相位值的数据拟合为直线；以及，三维重建模块，用于根据所述直线的斜率及光场深度的对应关系求解被测物体的三维点云数据信息，以根据所述三维点云数据信息重建被测物体的三维模型。2.根据权利要求1所述的基于结构光标记的三维光场成像系统，其特征在于，所述光场转换模块包括：相位解调单元，用于解调被测物体表面的相位标记；相位记录单元，用于记录解调出的所述相位标记；以及，相位集合单元，用于将被测物体的不同视角的相位标记集合，以将被测物体的三维光场数据转换为四维光场数据。3.根据权利要求2所述的基于结构光标记的三维光场成像系统，其特征在于，所述光场转换模块还包括：相位补偿单元，用于将至少两个视角下的被测物体的相位相互补偿，以得出被测物体表面全方位的相位标记。4.根据权利要求1所述的基于结构光标记的三维光场成像系统，其特征在于，所述数据计算模块包括：数据查找单元，用于查找所述四维光场内等相位值的四维光场数据，相同相位标记点在不同视角下的相位值相等；数据转换单元，用于将所述四维光场内相位值相等的四维光场数据拟合为直线，并计算出所述直线的斜率。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴庆阳，陈顺治，李奇锋，陈泽锋，黄浩涛，卢晓婷，贺威，
申请(专利权)人：深圳技术大学筹，
类型：发明
国别省市：广东,44