一种基于双目结构光三维重建相位图像的处理方法技术

本发明专利技术涉及三维测量技术领域，公开了一种基于双目结构光三维重建相位图像的处理方法。该方法包括：获得左相机和右相机间的位姿变换矩阵并进行归一化；设置最小像素变化，计算水平方向产生的最大像素变化，向上取整后作为水平分段数目，得到分段图像；计算各分段图像中心像素极线斜率，作为各分段图像内所有像素的无差极线斜率；采用相位测量轮廓术将多张特定相移的光栅图像投射至待测物体表面，形成正弦条纹图像序列，解得包裹相位，生成沿水平方向单调变化的相位图像；获取相位图像的分段区域，以前点匹配终点作为后点匹配起始点进行分段区域连续匹配。本发明专利技术的技术方案提高了三维测量精度和测量效率。测量精度和测量效率。测量精度和测量效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双目结构光三维重建相位图像的处理方法


[0001]本专利技术涉及物体三维测量
，具体涉及一种基于双目结构光三维重建相位图像的处理方法。

技术介绍

[0002]物体的三维形态特征是物体最重要的特征之一。三维面形测量(即三维物体表面轮廓测量)是获取物体形态特征的一种重要手段，也是记录、比较、复制物体形态特征的基础。
[0003]现有的物体三维面形测量方法中，光学三维传感由于其非接触、测量精度高而日益受到人们的重视和研究。基于结构光的相位测量轮廓术是一种重要的三维传感方法，相位测量轮廓术是一种现有技术，其采用正弦光栅投影和相移技术，通过获取全场条纹的空间信息和一个条纹周期内相移条纹的时序信息，重建物体表面的三维信息，具有高精度、不受物体表面反射率影响等特点，也容易实现计算机辅助的自动测量，因此在工业检测、实物仿形、生物医学、机器视觉等领域有着广泛的应用前景。
[0004]基于结构光的相位测量轮廓术配合双目立体视觉可快速、精确、简便地实现三维重建。相比于单目相机重建，双目相机由于视野盲区减少对复杂场景具有更好地鲁棒性能。目前，为实现实时双目三维重建，在结构光成像方面有提出使用多种结构光进行投影，其中不乏使用面结构光、双向线结构光、彩色结构光、二值化编码结构光等，利用多种结构光特性主要针对解包裹相位过程做出优化，使得解包裹相位速度与精度得到提升。
[0005]但无论采用何种结构光都是针对获取相位的过程进行优化，针对相位展开后的立体匹配并未进行定制化优化。针对立体相位匹配过程多利用极线矫正等传统立体视觉优化方案进行匹配优化，这类方法通过极线几何特性，对立体相位利用极线矫正等传统立体视觉优化方案进行匹配优化，对待匹配图像进行重投影矫正后以实现像素一一对应匹配，但极线矫正将图像进行矫正后，图像相位信息由于插值而产生变动，匹配时也并非原始像素间的匹配，因此在像素点精确定位时需要使用最小二乘等原理恢复拟合曲面选取亚像素匹配点，才得以使匹配精度保持。极线矫正等方法虽使像素点匹配时间降低，但预处理时常大幅延长并且带入由于拟合导致的误差，难以快速、精确、简便地测量。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是：为了解决现有的双目结构光三维重建中测量精度和测量效率的问题，本专利技术提供了一种基于双目结构光三维重建相位图像的处理方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于双目结构光三维重建相位图像的处理方法，包括以下步骤：步骤1、获得左相机和右相机间的位姿变换矩阵并进行归一化；步骤2、设置最小像素变化，根据极线斜率计算水平方向产生的最大像素变化，向上取整后作为水平分段数目，基于水平分段数目平均划分得到分段图像；
步骤3、计算各分段图像中心像素极线斜率，将中心像素极线斜率作为各分段图像内所有像素的无差极线斜率；步骤4、采用相位测量轮廓术将多张特定相移的光栅图像投射至待测物体表面，形成正弦条纹图像序列，解得包裹相位，生成沿水平方向单调变化的相位图像；步骤5、获取相位图像的分段区域，以前点匹配终点作为后点匹配起始点进行分段区域连续匹配。
[0008]进一步的，在步骤1中，所述位姿变换矩阵包括旋转矩阵与平移矩阵。
[0009]进一步的，在步骤2中，所述最小像素变化为1像素。
[0010]进一步的，在步骤2中，所述最大像素变化S的计算方法为：其中，Δk
′
为分段图像区域内首尾极线斜率差值，为相机成像宽。
[0011]进一步的，所述步骤3中，中心像素极线斜率k关于左相机像素点计算方法为：其中p
i
、q
i
、t
i
为参数化的矩阵，计算过程如下：其中C为左相机重投影矩阵的代数余子阵；其中a
i
、b
i
、c
i
为重投影矩阵参数：其中，为右相机的重投影矩阵的第P行第Q列，为右相机的成像极点。
[0012]进一步的，计算每一个无差极线斜率对应的所有像素点位置，建立像素点位置和无差极线斜率对应关系的映射表。
[0013]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的技术方案中，把中心像素极线斜率作为各分段图像内所有像素的无差极线斜率，将分段图像内孤立的极线统合成像素无差极线，从而实现相位沿像素无差极线的连续匹配，测量精高。另外，在相近区域内用中心像素极线斜率替代各分段图像内所有像素的极线斜率，并将所有的像素点位置和极线斜率建立映射表以供查找，进而达到简化极线计算的目的，从而在保持精度的同时大幅降低计算耗时，提高测量效率。
附图说明
[0014]图1为一种基于双目结构光三维重建相位图像的处理方法的流程示意图。
具体实施方式
[0015]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本专利技术进一步详细说明。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。
[0016]如图1所示，一种基于双目结构光三维重建相位图像的处理方法，包括以下步骤：步骤1、获得左相机和右相机间的位姿变换矩阵并进行归一化；步骤2、设置最小像素变化，根据极线斜率计算水平方向产生的最大像素变化，向上取整后作为水平分段数目，基于水平分段数目平均划分得到分段图像；步骤3、计算各分段图像中心像素极线斜率，将中心像素极线斜率作为各分段图像内所有像素的无差极线斜率，基于所有的像素点位置和无差极线斜率的对应关系建立映射表；步骤4、采用相位测量轮廓术将多张特定相移的光栅图像投射至待测物体表面，形成正弦条纹图像序列，解得包裹相位，生成沿水平方向单调变化的相位图像；步骤5、获取相位图像的分段区域，以前点匹配终点作为后点匹配起始点进行分段区域连续匹配。
[0017]本实施例中，相位测量轮廓术通过将多张特定相移的光栅图像投射至物体表面，形成具有深度差的正弦条纹图像序列，通过解包裹得到相位深度图像。相位测量轮廓术是一种现有技术。
[0018]第一方面，本实施例结合极线几何中全局步长内极线变化的单调性与相位图像的像素级变化，将沿极线方向（水平方向）同时也是相位增长方向的相近区域进行统合，即将水平方向上的各行数据进行统合，得到分段图像。将全局步长内极线上对应像素点位置差异小于最小像素变化的像素点统合为相近区域，从而对于复杂的全像素极线计算过程可简化为在分段图像区域内的中心像素极线的计算，进而达到简化极线计算的目的。
[0019]第二方面，本实施例根据第一方面提出的计算分段图像的策略，还提供了一种相位连续搜索算法，由于相近区域内（通常为水平线段）的相位变化式单调的，当沿着同一条极线进行搜索时，在该极线上的搜索不必按照原本的每次搜索从零步长搜索至图像宽步长，通过接续上一像素点的搜索位置作为当前像素点的搜索起始位置以达到连续搜索的目的，从而减少了不同像素点之间的冗余计算，为对抗一定的突变干扰，可在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双目结构光三维重建相位图像的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、获得左相机和右相机间的位姿变换矩阵并进行归一化；步骤2、设置最小像素变化，根据极线斜率计算水平方向产生的最大像素变化，向上取整后作为水平分段数目，基于水平分段数目平均划分得到分段图像；步骤3、计算各分段图像中心像素极线斜率，将中心像素极线斜率作为各分段图像内所有像素的无差极线斜率；步骤4、采用相位测量轮廓术将多张特定相移的光栅图像投射至待测物体表面，形成正弦条纹图像序列，解得包裹相位，生成沿水平方向单调变化的相位图像；步骤5、获取相位图像的分段区域，以前点匹配终点作为后点匹配起始点进行分段区域连续匹配。2.根据权利要求1所述的一种基于双目结构光三维重建相位图像的处理方法，其特征在于，在步骤1中，所述位姿变换矩阵包括旋转矩阵与平移矩阵。3.根据权利要求1所述的一种基于双目结构光三维重建相位图像的处理方法，其特征在于，在步骤2中，所述最小像素变化为1像素。4.根据权利要求1所述的一种基...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑晓军，唐笑虎，胡子阳，
申请(专利权)人：四川省产品质量监督检验检测院，
类型：发明
国别省市：