一种物体三维形貌测量方法、系统和计算机可读存储介质技术方案

本发明专利技术提供一种物体三维形貌测量方法、系统和计算机可读存储介质，所述方法包括：接收外界阳光，并将其作为测量用的光源；将所述阳光照射在具有预设图案的模板上，以形成对应的阴影图案；将所述阴影图案投影在被测物体上；拍摄被所述阴影图案投影的被测物体，以得到对应的变形图案；采用相移法计算得出所述变形图案上变形条纹的相位；结合所述被测物体的纹理和计算得出的相位进行双目匹配，以获取所述被测物体的三维形貌。本发明专利技术采用阳光作为光源以对物体表面形貌进行主动双目三维测量，无需投影成像光学系统，并且只需一个模板或者再加上若干个平面反射镜即可实现野外三维测量任务，整体结构简单，测量成本较低。

A method, system and computer readable storage medium for measuring three-dimensional shape of objects

【技术实现步骤摘要】
一种物体三维形貌测量方法、系统和计算机可读存储介质
本专利技术涉及三维测量与数字成像
，尤其涉及一种物体三维形貌测量方法、系统和计算机可读存储介质。
技术介绍
基于结构光照明的光学三维传感技术在工业检测、产品质量控制、机器视觉、即时定位与地图构建(SLAM)、影视特技和生物医学等领域有广泛的应用。随着计算机技术、投影技术、激光技术、数字图像获取设备等的快速发展，多种光学三维测量技术已经进入商业应用阶段，同时各种新的三维测量方法还在不断涌现。光学三维测量方法是通过运用适当的光学和电子仪器非接触地获取被测物体形貌的方法和技术。双目视觉三维测量系统是一种研究较多的光学三维传感技术，已经应用在不少领域，其主要分为被动双目系统和主动双目系统。被动双目系统无需辅助的结构光照明设备，直接从多视角二维图像序列中提取物体的三维信息。因此，被动双目系统依赖物体表面反射率情况，存在对应点匹配鲁棒性差，匹配的数据点稀疏等问题。主动双目系统通过投影装置投射特殊的图案到物体上，降低对应点匹配的难度，提高匹配鲁棒性，可以获得浓密的三维数据，是目前应用广泛的三维测量技术。然而，在天气晴朗的环境条件下进行野外三维测量任务时，强烈的阳光照射对采用可见光的光学三维测量系统影响很大，甚至无法进行测量。
技术实现思路
为了解决上述至少一个技术问题，本专利技术提出了一种物体三维形貌测量方法，包括：接收外界阳光，并将其作为测量用的光源；将所述阳光照射在具有预设图案的模板上，以形成对应的阴影图案；将所述阴影图案投影在被测物体上；拍摄被所述阴影图案投影的被测物体，以得到对应的变形图案；采用相移法计算得出所述变形图案上变形条纹的相位；结合所述被测物体的纹理和计算得出的相位进行双目匹配，以获取所述被测物体的三维形貌。本方案中，将所述阳光照射在具有预设图案的模板上，还包括：通过至少一个反射镜改变外界阳光的照射路线，并使改变后的阳光照射在具有预设图案的模板上。本方案中，将所述阴影图案投影在被测物体上，还包括：通过至少一个反射镜改变所述阴影图案的投影路线，并使改变后的阴影图案投影在所述被测物体上。进一步的，采用相移法计算得出所述变形图案上变形条纹的相位，还包括：通过旋转反射镜使所述阴影图案的条纹发生相移；采用傅里叶变换轮廓术求出每幅相移条纹的相位，再对相邻两幅相位作差，计算得出相移量；根据计算得出的相移量，采用最小二乘法计算得出变形条纹的相位。进一步的，通过旋转反射镜使所述阴影图案的条纹发生相移，还包括：通过电控旋转台控制反射镜旋转，并使所述阴影图案的条纹发生相移。优选的，所述预设图案为散斑图案、正弦条纹图案、周期性栅栏图案的一种或几种。本专利技术第二方面还提出一种物体三维形貌测量系统，所述物体三维形貌测量系统包括：存储器及处理器，所述存储器中包括一种物体三维形貌测量方法程序，所述物体三维形貌测量方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：接收外界阳光，并将其作为测量用的光源；将所述阳光照射在具有预设图案的模板上，以形成对应的阴影图案；将所述阴影图案投影在被测物体上；拍摄被所述阴影图案投影的被测物体，以得到对应的变形图案；采用相移法计算得出所述变形图案上变形条纹的相位；结合所述被测物体的纹理和计算得出的相位进行双目匹配，以获取所述被测物体的三维形貌。本方案中，将所述阳光照射在具有预设图案的模板上，还包括：通过至少一个反射镜改变外界阳光的照射路线，并使改变后的阳光照射在具有预设图案的模板上。进一步的，采用相移法计算得出所述变形图案上变形条纹的相位，还包括：通过旋转反射镜使所述阴影图案的条纹发生相移；采用傅里叶变换轮廓术求出每幅相移条纹的相位，再对相邻两幅相位作差，计算得出相移量；根据计算得出的相移量，采用最小二乘法计算得出变形条纹的相位。本专利技术第三方面还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中包括一种物体三维形貌测量方法程序，所述物体三维形貌测量方法程序被处理器执行时，实现如上述的一种物体三维形貌测量方法的步骤。本专利技术通过接收外界阳光，并将其作为测量用的光源；将所述阳光照射在具有预设图案的模板上，以形成对应的阴影图案；将所述阴影图案投影在被测物体上；拍摄被所述阴影图案投影的被测物体，以得到对应的变形图案；采用相移法计算得出所述变形图案上变形条纹的相位；结合所述被测物体的纹理和计算得出的相位进行双目匹配，以获取所述被测物体的三维形貌。本专利技术采用阳光作为光源以对物体表面形貌进行主动双目三维测量，化害为利，并且环保节能。由于阳光是很好的平行光，利用阳光照射具有特殊图案的模板(如散斑图案、正弦条纹图案或周期性栅栏图案等)，将其阴影投射到被测物体上，再利用双目测量系统进行测量，得到物体三维形貌，本专利技术的测量方法利用阴影，无需投影成像光学系统，整体结构简单，并且只需一个模板或者再加上若干个平面反射镜即可实现野外三维测量任务。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述部分中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明图1示出了本专利技术一种物体三维形貌测量方法的流程图；图2示出了本专利技术第一位置的物体三维形貌测量光路图；图3示出了本专利技术第二位置的物体三维形貌测量光路图；图4示出了本专利技术第三位置的物体三维形貌测量光路图；图5示出了本专利技术物体三维形貌测量中采用相移法计算变形条纹的相位方法流程图；图6示出了本专利技术物体三维形貌测量中通过旋转反射镜实现相移的原理图；图7示出了本专利技术一种物体三维形貌测量系统的框图；图8示出了本专利技术投影散斑时的被测物体图像；图9示出了本专利技术投影散斑时的双目匹配结果图像；图10示出了本专利技术投影正弦条纹时的被测物体图像；图11示出了本专利技术投影正弦条纹时的双目匹配结果图像。具体实施方式为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。图1示出了本专利技术一种物体三维形貌测量方法的流程图。如图1所示，本专利技术第一方面提出一种物体三维形貌测量方法，包括：S102，接收外界阳光，并将其作为测量用的光源；S104，将所述阳光照射在具有预设图案的模板上，以形成对应的阴影图案；S106，将所述阴影图案投影在被测物体上；S108，拍摄被所述阴影图案投影的被测物体，以得到对应的变形图案；S110，采用相移法计算得出所述变形图案上变形条纹的相位；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种物体三维形貌测量方法，其特征在于，包括：/n接收外界阳光，并将其作为测量用的光源；/n将所述阳光照射在具有预设图案的模板上，以形成对应的阴影图案；/n将所述阴影图案投影在被测物体上；/n拍摄被所述阴影图案投影的被测物体，以得到对应的变形图案；/n采用相移法计算得出所述变形图案上变形条纹的相位；/n结合所述被测物体的纹理和计算得出的相位进行双目匹配，以获取所述被测物体的三维形貌。/n

【技术特征摘要】
1.一种物体三维形貌测量方法，其特征在于，包括：
接收外界阳光，并将其作为测量用的光源；
将所述阳光照射在具有预设图案的模板上，以形成对应的阴影图案；
将所述阴影图案投影在被测物体上；
拍摄被所述阴影图案投影的被测物体，以得到对应的变形图案；
采用相移法计算得出所述变形图案上变形条纹的相位；
结合所述被测物体的纹理和计算得出的相位进行双目匹配，以获取所述被测物体的三维形貌。


2.根据权利要求1所述的一种物体三维形貌测量方法，其特征在于，将所述阳光照射在具有预设图案的模板上，还包括：
通过至少一个反射镜改变外界阳光的照射路线，并使改变后的阳光照射在具有预设图案的模板上。


3.根据权利要求1所述的一种物体三维形貌测量方法，其特征在于，将所述阴影图案投影在被测物体上，还包括：
通过至少一个反射镜改变所述阴影图案的投影路线，并使改变后的阴影图案投影在所述被测物体上。


4.根据权利要求2或3所述的一种物体三维形貌测量方法，其特征在于，采用相移法计算得出所述变形图案上变形条纹的相位，还包括：
通过旋转反射镜使所述阴影图案的条纹发生相移；
采用傅里叶变换轮廓术求出每幅相移条纹的相位，再对相邻两幅相位作差，计算得出相移量；
根据计算得出的相移量，采用最小二乘法计算得出变形条纹的相位。


5.根据权利要求4所述的一种物体三维形貌测量方法，其特征在于，通过旋转反射镜使所述阴影图案的条纹发生相移，还包括：
通过电控旋转台控制反射镜旋转，并使所述阴影图案的条纹发生相移。


6.根据权利要求1所述的一种物体三维...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，魏一振，张卓鹏，
申请(专利权)人：杭州光粒科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33