一种基于多径效应的多相机多投影结构光快速三维测量方法技术

本发明专利技术提供了一种基于多径效应的多相机多投影结构光快速三维测量方法，包括以下步骤：1)搭建包括相机、镜头、投影仪、图像采集卡以及计算机的多相机多投影仪三维测量平台，2)启动计算机，连接相机、投影仪及图像采集卡，调试系统联动工作。本发明专利技术将多相机多投影结构光系统看作一个具有不同时延的多径信道的无线传输模型，将待测物体深度信息作为系统的一个未知参数，而后利用一个载波信号(编码图像)对系统进行激励，从接收到的混叠信号(相机捕获的图像)的振幅、频率或相位中直接求取该未知参数，即待测物体的深度信息。即待测物体的深度信息。即待测物体的深度信息。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多径效应的多相机多投影结构光快速三维测量方法


[0001]本专利技术涉及结构光三维测量
，具体涉及一种基于多径效应的多相机多投影结构光快速三维测量方法。

技术介绍

[0002]用机器视觉代替人眼是计算机技术的发展结果，也是现代制造业的需求，特别是在连续工作的生产线，高危(比如污染)及不可及(如高温)的环境情况下，更显其独特的优势。多年来，技术人员一直在探索3D成像技术以得到被测物体的三维几何形状，基于结构光的测量方法因其硬件实现简单，且具有大量程、大视场、光条纹图像信息提取简单、实时性强及主动受控性强等特点，目前已广泛应用于工业检测、工件建模、质量控制、逆向设计、医学、虚拟现实、文物数字化和人体测量等众多领域。
[0003]传统结构光测量采用单相机单投影模式，其研究相对成熟，但不能一次获取被测物体整个表面的形状信息，为了得到物体全景三维信息，众多学者开始研究多相机多投影的多结构光测量，但目前的多相机多投影测量方法存在着测量效率低，重叠图像需要分离的难题，这严重影响到它的实际应用推广。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于多径效应的多相机多投影结构光快速三维测量方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种基于多径效应的多相机多投影结构光快速三维测量方法，包括以下步骤：
[0007]1)搭建包括相机、镜头、投影仪、图像采集卡以及计算机的多相机多投影仪三维测量平台；/>[0008]2)启动计算机，连接相机、投影仪及图像采集卡，调试系统联动工作；
[0009]3)测试投影仪与相机之间的外触发功能，测试投影仪的光斑投影功能，测试相机的图像采集功能；
[0010]4)生成基于多径效应的编码图像；
[0011]5)根据投影仪的相应函数进行编码图像的亮度和颜色转换；
[0012]6)根据伪相移法确定投影仪的内外部参数，并基于此校正图像的几何畸变；
[0013]7)将准备好的编码图像投射到待测量物体的表面，获得多径混叠图像；
[0014]8)针对获得的图像进行去噪；
[0015]9)基于多径效应的方法进行解码；
[0016]10)根据伪相移法确定相机的内外部参数，并基于此进行深度信息求解；
[0017]11)求解后获得点云信息，然后对点云进行融合；
[0018]12)最终获得整个待测物体表面的点云图。
[0019]优选地，所述在步骤1)中，相机数量应大于等于2台，投影仪数量大于等于两台。
[0020]优选地，在步骤3)中，相机与投影仪之间应建立相互外触发，即相机每次采集完图像后触发投影仪投射下一幅图像，而当且仅当投影仪投影完当前图像后，相机才开始采集当前张图像。
[0021]一种基于多径效应的多相机多投影结构光快速三维测量方法，可应用于工业检测、三维建模、3D打印、虚拟现实、文物数字化领域，具有重要的理论意义和重大实际应用价值。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是
[0023]本专利技术将多相机多投影结构光系统看作一个具有不同时延的多径信道的无线传输模型，将待测物体深度信息作为系统的一个未知参数，而后利用一个载波信号(编码图像)对系统进行激励，从接收到的混叠信号(相机捕获的图像)的振幅、频率或相位中直接求取该未知参数，即待测物体的深度信息。此外，为保证混叠信号不会因为叠加亮度高而出现饱和问题，通过高动态范围成像技术来提高成像质量，避免因信息损失而导致解码错误。
附图说明
[0024]图1为本专利技术基于最小二乘方向估计器的不连续相位分割与展开方法总体技术路线；
[0025]图2为本专利技术基于相移法的伪相机标定法的示意图；
[0026]图3为本专利技术实例1系统组成图的示意图。
具体实施方式
[0027]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，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通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。
[0028]如图1
‑
3，一种基于多径效应的多相机多投影结构光快速三维测量方法，它包括结构光多径效应，以及多相机多投影系统标定、多路结构光编码、解码，系统成像。结构光多径效应还包括多径结构光混叠信号处理、多径传播信道处理和多径效应模型对光学部件物理分布的约束方法。多路结构光编码方法还包括基于多径信道下的编码方法以及抗噪处理方法。解码包括去噪方法和滤波器的设计，混叠区与非混叠区信号特征及其解码方法，深度信息提取方法。系统成像部分主要包括相机响应函数和高动态成像方法。多相机多投影系统标定方法还包括实际光学系统与多径信道模型之间的映射方法。其总体技术路线如下图1所示
[0029]首先，根据多径效应原理为多路结构光系统建立一个数学测量模型，在该模型物理可实现的基础上分析该模型对应的系统特性，主要包括该系统的响应函数、传递函数、幅频特性以及相频特性等。在系统特性分析完备的基础上，将利用通信领域的连续编码、离散编码、正交编码以及空间编码等调制解调技术对系统的激励信号(载波)进行研究，分析不同编码信号通过该系统后的输出信号的频域或时域特征，如频谱密度、自相关函数、能量谱密度等，探讨利用包络检测、相干解调、频域变换以及滤波等手段进行解调(解码)的方法，并分析光学系统中的背景光(背景噪声)，相机、投影仪响应函数不佳(乘性噪声)以及标定
误差等因数形成的噪声对系统精度的影响，归纳总结一套适合于多相机多投影结构光系统的编解码方法。
[0030]从经典的结构光测量模型出发，即系统由投影仪r1与相机o组成且相机成像平面q与参考平面P平行，即相机光轴垂直于P，假设投影仪r1在参考平面P上投射一幅亮度随空间横向变化的信号，横向看作是时间轴T，则投影仪r1在参考平面P上的投影经相机o成像后的信号可看成是一个时间信号s(t)。投影仪r1在另一个与参考平面P平行的平面P上的投射信号经相机o成像后的信号s1'(t)可表示为：s1'(t)＝s(t
‑
t1)，其中的信号s1'(t)可以看作是信号s(t)经过一条传输时延为t1的信道到达接收方(相机)后的接收信号。
[0031]若在上述模型上引入第二个投影仪r2，且投影仪r2满足：1)两个投影仪的光心的连线平行与参考平面P，且两者的光轴共面；2)投影仪r2在参考平面上的投射信号与投影仪r1的投影信号相同。因此，投影仪r2在平面P上的投影经相机o成像后的信号为s'2(t)＝s(t
‑
t2)，
[0032]如此，在投影仪r1，r2共同投影下，平面P上总的接收信号s
′
(t)就是原始信号经过两条时延不同(t1与t2)的信道后接收信号的叠加，即s
′
(t)＝s(t...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多径效应的多相机多投影结构光快速三维测量方法，其特征在于，包括以下步骤：1)搭建包括相机、镜头、投影仪、图像采集卡以及计算机的多相机多投影仪三维测量平台；2)启动计算机，连接相机、投影仪及图像采集卡，调试系统联动工作；3)测试投影仪与相机之间的外触发功能，测试投影仪的光斑投影功能，测试相机的图像采集功能；4)生成基于多径效应的编码图像；5)根据投影仪的相应函数进行编码图像的亮度和颜色转换；6)根据伪相移法确定投影仪的内外部参数，并基于此校正图像的几何畸变；7)将准备好的编码图像投射到待测量物体的表面，获得多径混叠图像；8)针对获得的图像进行去噪；9)基于多径效应的方法进行解码；10)根据伪相移法确定相机的内外部参数，并基于此进行深度信息求解；...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍世虔，邓高旭，徐正勤，郑超兵，王洪亮，
申请(专利权)人：武汉维斯克科技有限公司，
类型：发明
国别省市：