一种三维测量方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种三维测量方法及系统，基于彩色阶梯相位编码条纹辅助彩色梯形相移条纹解码的原理，利用三角原理可实现两幅彩色图案完成三维测量，有效地减少了投射图案的数量，减少了计算量，处理速度得以加快，而且对相机噪声、环境光不敏感，抗干扰能力强，提高了测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种三维测量方法及系统
本专利技术实施例涉及三维光学测量
，尤其涉及一种三维测量方法及系统。
技术介绍
结构光测量技术具有非接触、全场无损耗测量、高精度、速度快等优点,已在工业检测、机器视觉、文物数字化、医学等领域得到大量运用。在现有的结构光测量系统中，由一个相机和一个投影仪组成的结构光三维测量系统，因具有结构简单、点云重建效率高等优点而被广泛使用。典型的单相机结构光三维测量系统在测量过程中由投影装置把编码条纹图案投影到被测物体表面,同时使用相机拍摄经被测物体高度调制而发生变形的光栅图像,然后通过对变形的条纹图像进行处理,计算出代表物体高度的相位信息,最后根据相位信息和已标定出的系统参数，利用三角原理获得被测物体的三维信息。彩色成像和投影系统的出现，为并行多颜色通道三维成像系统提供了新的研究方向，一幅彩色图像包含红、绿、蓝三个颜色通道，可以作为编码条纹图的载体，彩色编码图案可比灰度编码图案包含更多的信息，因此基于彩色条纹编码结构光的三维测量可以减少对被测物体投射图案的幅数，理论上提高了编码结构光三维测量的速度。目前，现有技术中基于灰度时间编码的结构光三维测量方法存在投影幅数多，测量速度慢等缺点，而投影幅数少的彩色编码测量方法中，基于彩色梯形相移加格雷码或者正弦相移加格雷码的方法在需要高的空间分辨率时，条纹数增多，同样基色的彩色格雷码图案幅数也随着增加，且格雷码对应条纹级次判决变得困难，解码时较易出现周期错位等问题，导致测量精度降低。
技术实现思路
本专利技术提供一种三维测量方法及系统，以解决现有技术的不足，实现快速且抗干扰能力强的三维测量。为实现上述目的，本专利技术提供以下的技术方案：第一方面，本专利技术实施例提供了一种三维测量方法，该方法包括：利用图像的RGB三个颜色通道，分别对每个通道进行灰度级的编码，以生成彩色梯形相移条纹图案和彩色阶梯相位编码条纹图案；向参考平面依次投影所述彩色梯形相移条纹图案和彩色阶梯相位编码条纹图案，得到第一组投影图案，所述第一组投影图案包括参考平面上未经被测物体高度调制变形的彩色梯形相移条纹投影图案和彩色阶梯相位编码条纹投影图案；向被测物体依次投影所述彩色梯形相移条纹图案和彩色阶梯相位编码条纹图案，得到第二组投影图案，所述第二组投影图案包括经被测物体高度调制变形的彩色梯形相移条纹投影图案和彩色阶梯相位编码条纹投影图案；采集所述第一组投影图案和第二组投影图案；根据如下公式分别计算两组投影图案中彩色梯形相移条纹投影图案的强度比rN(x,y)：其中，Ii(x,y)是RGB三个通道信号的强度中值；对每一个周期进行去三角，获取单周期绝对强度比，并由所述单周期绝对强度比进一步得到总体相对强度比；通过三步相移法分别求解两组投影图案中彩色阶梯相位条纹投影图案的分段阶梯相位，并量化求解对应的连续的条纹级次K1，以辅助所述总体相对强度比进行解包裹运算，得到连续的绝对强度比；根据如下公式计算被测物体的连续相位差其中，α为由参考平面上未经被测物体调制变形的投影图案求解出的绝对强度比，β为由经被测物体调制变形的投影图案求解出的绝对强度比；根据如下公式求解所述被测物体表面每一点的高度信息：其中，L为相机光心与参考平面的垂直距离，D0为相机光心与投影仪光心的距离，T为一周期强度比对应的距离。进一步地，上述方法中，所述通过三步相移法分别求解两组投影图案中彩色阶梯相位条纹投影图案的分段阶梯相位，并量化求解对应的连续条纹级次K1，以辅助所述总体相对强度比进行解包裹运算，得到连续的绝对强度比的步骤包括：通过三步相移法分别求解两组投影图案中彩色阶梯相位条纹投影图案的分段阶梯相位；量化求解对应的条纹级次k0，并寻找记录跳变点J，得到连续的条纹级次K1，以辅助所述总体相对强度比进行解包裹运算，得到连续的绝对强度比。第二方面，本专利技术实施例提供了一种三维测量系统，该系统包括：图案生成模块，用于利用图像的RGB三个颜色通道，分别对每个通道进行灰度级的编码，以生成彩色梯形相移条纹图案和彩色阶梯相位编码条纹图案；第一投影模块，用于向参考平面依次投影所述彩色梯形相移条纹图案和彩色阶梯相位编码条纹图案，得到第一组投影图案，所述第一组投影图案包括参考平面上未经被测物体高度调制变形的彩色梯形相移条纹投影图案和彩色阶梯相位编码条纹投影图案；第二投影模块，用于向被测物体依次投影所述彩色梯形相移条纹图案和彩色阶梯相位编码条纹图案，得到第二组投影图案，所述第二组投影图案包括经被测物体高度调制变形的彩色梯形相移条纹投影图案和彩色阶梯相位编码条纹投影图案；图案采集模块，用于采集所述第一组投影图案和第二组投影图案；第一计算模块，用于根据如下公式分别计算两组投影图案中彩色梯形相移条纹投影图案的强度比rN(x,y)：其中，Ii(x，y)是RGB三个通道信号的强度中值；数据处理模块，用于对每一个周期进行去三角，获取单周期绝对强度比，并由所述单周期绝对强度比进一步得到总体相对强度比；第二计算模块，用于通过三步相移法分别求解两组投影图案中彩色阶梯相位条纹投影图案的分段阶梯相位，并量化求解对应的连续的条纹级次K1，以辅助所述总体相对强度比进行解包裹运算，得到连续的绝对强度比；第三计算模块，用于根据如下公式计算被测物体的连续相位差其中，α为由参考平面上未经被测物体调制变形的投影图案求解出的绝对强度比，β为由经被测物体调制变形的投影图案求解出的绝对强度比；第四计算模块，用于根据如下公式求解所述被测物体表面每一点的高度信息：其中，L为相机光心与参考平面的垂直距离，D0为相机光心与投影仪光心的距离，T为一周期强度比对应的距离。进一步地，上述系统中，所述第二计算模块具体用于：通过三步相移法分别求解两组投影图案中彩色阶梯相位条纹投影图案的分段阶梯相位；量化求解对应的条纹级次k0，并寻找记录跳变点J，得到连续的条纹级次K1，以辅助所述总体相对强度比进行解包裹运算，得到连续的绝对强度比。本专利技术实施例所提供的一种三维测量方法及系统，通过融合彩色梯形相移法和彩色分段阶梯相位编码，利用三角原理可实现两幅彩色图案完成三维测量，有效地减少了投射图案的数量，减少了计算量，处理速度得以加快，而且对相机噪声、环境光不敏感，抗干扰能力强，提高了测量精度。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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1是本专利技术实施例一提供的一种三维测量方法的流程示意图；图2是本专利技术实施例一提供的单周期梯形图；图3是本专利技术实施例一提供的多周期彩色梯形相移图；图4是本专利技术实施例一提供的R通道的阶梯相位图；图5是本专利技术实施例一提供的G通道的阶梯相位图；图6是本专利技术实施例一提供的B通道的阶梯相位图；图7是本专利技术实施例一提供的RGB三者合成的彩色阶梯相位条纹图；图8是本专利技术实施例一提供的强度比图；图9是本专利技术实施例一提供的包裹强度比图；图10是本专利技术实施例一提供的分段阶梯条纹级次图；图11是本专利技术实施例一提供的连续阶梯条纹级次图；图12是本专利技术实施例一提供的梯形相移条纹周期级次与连续阶梯条纹级次一一对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维测量方法，其特征在于，包括：利用图像的RGB三个颜色通道，分别对每个通道进行灰度级的编码，以生成彩色梯形相移条纹图案和彩色阶梯相位编码条纹图案；向参考平面依次投影所述彩色梯形相移条纹图案和彩色阶梯相位编码条纹图案，得到第一组投影图案，所述第一组投影图案包括未经被测物体高度调制变形的彩色梯形相移条纹投影图案和彩色阶梯相位编码条纹投影图案；向被测物体依次投影所述彩色梯形相移条纹图案和彩色阶梯相位编码条纹图案，得到第二组投影图案，所述第二组投影图案包括经被测物体高度调制变形的彩色梯形相移条纹投影图案和彩色阶梯相位编码条纹投影图案；采集所述第一组投影图案和第二组投影图案；根据如下公式分别计算两组投影图案中彩色梯形相移条纹投影图案的强度比rN(x，y)：

【技术特征摘要】
1.一种三维测量方法，其特征在于，包括：利用图像的RGB三个颜色通道，分别对每个通道进行灰度级的编码，以生成彩色梯形相移条纹图案和彩色阶梯相位编码条纹图案；向参考平面依次投影所述彩色梯形相移条纹图案和彩色阶梯相位编码条纹图案，得到第一组投影图案，所述第一组投影图案包括未经被测物体高度调制变形的彩色梯形相移条纹投影图案和彩色阶梯相位编码条纹投影图案；向被测物体依次投影所述彩色梯形相移条纹图案和彩色阶梯相位编码条纹图案，得到第二组投影图案，所述第二组投影图案包括经被测物体高度调制变形的彩色梯形相移条纹投影图案和彩色阶梯相位编码条纹投影图案；采集所述第一组投影图案和第二组投影图案；根据如下公式分别计算两组投影图案中彩色梯形相移条纹投影图案的强度比rN(x，y)：其中，Ii(x,y)是RGB三个通道信号的强度中值；对每一个周期进行去三角，获取单周期绝对强度比，并由所述单周期绝对强度比进一步得到总体相对强度比；通过三步相移法分别求解两组投影图案中彩色阶梯相位编码条纹投影图案的分段阶梯相位，并量化求解对应的连续的条纹级次K1，以辅助所述总体相对强度比进行解包裹运算，得到连续的绝对强度比；根据如下公式计算被测物体的连续相位差其中，α为由参考平面上未经被测物体调制变形的投影图案求解出的绝对强度比，β为由经被测物体调制变形的投影图案求解出的绝对强度比；根据如下公式求解所述被测物体表面每一点的高度信息：其中，L为相机光心与参考平面的垂直距离，D0为相机光心与投影仪光心的距离，T为一周期强度比对应的距离。2.根据权利要求1所述的三维测量方法，其特征在于，所述通过三步相移法分别求解两组投影图案中彩色阶梯相位编码条纹投影图案的分段阶梯相位，并量化求解对应的连续条纹级次K1，以辅助所述总体相对强度比进行解包裹运算，得到连续的绝对强度比的步骤包括：通过三步相移法分别求解两组投影图案中彩色阶梯相位编码条纹投影图案的分段阶梯相位；量化求解对应的条纹级次k0，并寻找记录跳变点J，得到连续的条纹级次K1，以辅助所述总体相对强度比进行解包裹运算，得到连续的绝对强度比。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：高健，周浩源，胡浩晖，罗瑞荣，陈新，汤晖，陈云，贺云波，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44