本发明专利技术公开了一种四彩色通道动态三维测量装置和方法，属于投影三维测量领域。所述的四彩色通道动态三维测量装置包括包括PPC阵列彩色图像编码相机、成像物镜、四彩色复合相移条纹结构光投影仪。所述的PPC阵列彩色图像编码相机包括入射端光纤阵列、波导光纤束，PPC阵列。所述的PPC阵列彩色图像编码相机一次曝光采集复合相移条纹编码图像，通过将复合相移条纹编码图案解码成四幅不同色彩的π/2相位差的调制条纹图像，随后经相位解调和坐标换算得到动态被测目标表面的三维坐标，实现四彩色通道动态三维测量，适用于视觉测量速度和精度要求高的场合。求高的场合。求高的场合。
【技术实现步骤摘要】
一种四彩色通道动态三维测量装置和方法
[0001]本专利技术涉及一种四彩色通道动态三维测量装置和方法，属于投影三维测量领域。
技术介绍
[0002]彩色通道动态三维测量目前主要是利用现有RGB相机和数字投影仪进行三步相移轮廓测量的技术。由于三步相移轮廓测量方法的数学模型非对称性和相位差较大，图像相位易受噪声干扰，进而导致测量精度降低。本领域公认四步相移轮廓测量方法的数学模型对称，鲁棒性能好。但受到常规彩色相机仅有三个通道并光谱重叠的限制而无法实现动态三维测量。
技术实现思路
[0003]针对上述现有技术，本专利技术提供一种四彩色通道动态三维测量装置和方法，用以解决上述存在的问题。
[0004]本专利技术一种四彩色通道动态三维测量装置予以实现的技术方案是：该装置包括PPC阵列彩色图像编码相机、成像物镜、四彩色复合相移条纹结构光投影仪；所述的四彩色复合相移条纹结构光投影仪在同一时刻投射四个光波段互不重叠的π/2相位差的彩色复合相移条纹结构光；经动态被测目标深度信息调制后，所述的成像物镜将弯曲变化的复合相移条纹图案成像到所述的PPC阵列彩色图像编码相机；所述的PPC阵列彩色图像编码相机一次曝光采集复合相移条纹编码图像，通过将复合相移条纹编码图案解码成四幅不同色彩的π/2相位差的调制条纹图像，随后经相位解调和坐标换算得到动态被测目标表面的三维坐标，实现四彩色通道动态三维测量。
[0005]所述的PPC阵列彩色图像编码相机包括入射端光纤阵列、波导光纤束，PPC阵列；所述的入射端光纤阵列由m/>×
n个光纤束入射端组成，作为成像接收面，接受成像光线，并将成像光线导入波导光纤束中；所述的波导光纤束使成像光线在其中全反射传送到各PPC中；所述PPC阵列由m
×
n个PPC组成，将成像光线分离成不同波段光线并在相应的光子晶体孔处输出；所述的PPC上规则分布晶体孔，孔距在微米量级，导入成像光线在晶体共振下分离成不同波段光线依次从光子晶体孔处出射，出射波长由光子晶体孔共振波长决定；所述的四彩色复合相移条纹结构光投影仪投射的四个光波段与所述的PPC阵列彩色图像编码相机上晶体孔分离的四个光波段相同，实现光谱匹配。
[0006]本专利技术提出的一种四彩色通道动态三维测量方法，是利用上述四彩色通道动态三维测量装置，并按照以下步骤：
[0007]步骤一、所述的四彩色复合相移条纹结构光投影仪在同一时刻投射四个光波段互不重叠的π/2相位差的彩色复合相移条纹结构光；经动态被测目标深度信息调制后，所述的成像物镜将弯曲变化的复合相移条纹图案成像到所述的PPC阵列彩色图像编码相机；所述的PPC阵列彩色图像编码相机一次曝光采集复合相移条纹编码图像I0(u,v)，0＜u≤4n,0＜v≤m，4n和m分别是编码图像的x和y轴像元数；编码图像I0(u,v)中，x方向每四个像素为一
组，代表同一被测点的四个不同光波段的光强灰度值。
[0008]步骤二、将编码图像I0(u,v)分别与解码矩阵M1、M2、M3和M4相乘，得到四幅不同色彩的π/2相位差的调制条纹图像I
λ1
(x,y)、I
λ2
(x,y)、I
λ3
(x,y)和I
λ4
(x,y)。
[0009][0010]其中，其中，其中，其中，
[0011]步骤三、定义四幅不同色彩的π/2相位差的调制条纹图像表达式I
λ1
(x,y)、I
λ2
(x,y)、I
λ3
(x,y)和I
λ4
(x,y)为：
[0012][0013]a1(x,y)、a2(x,y)、a3(x,y)和a4(x,y)为背景光在四个光波段的光强灰度值；b1(x,y)、b2(x,y)、b3(x,y)和b4(x,y)为所述的四彩色复合相移条纹结构光投影仪在四个光波段的投射光强幅值。
[0014]通过控制所述的四彩色复合相移条纹结构光投影仪的b1(x,y)、b2(x,y)、b3(x,y)和b4(x,y)，实现调制条纹图像归一化；设归一化常数为k，k的范围是(0，1)，归一化条件为：
[0015][0016]步骤四、相位解调：
[0017][0018]步骤五、世界坐标计算；深度信息，即世界坐标系z
w
通过相位深度映射函数关系可得；世界坐标系x
w
和y
w
可通过高斯成像公式计算得到；最终便实现动态目标三维测量。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0020]本专利技术提供的四彩色通道动态三维测量装置和方法，采用PPC阵列彩色图像编码相机实现了4个通道的动态目标三维测量。本专利技术提供的四彩色通道动态三维测量装置一次曝光完成多波段光谱成像，即在任意时刻可同时采集四幅相移图像，可完成动态目标的三维测量。与现有技术相比，本专利技术提供的四彩色通道动态三维测量方法实现了四步相移解算提高了测量精度，适用于视觉测量速度和精度要求高的场合。
附图说明
[0021]图1为本专利技术提供的四彩色通道动态三维测量装置结构图；
[0022]图2为本专利技术复合相移条纹编码图案解码示意图。
[0023]图中：1
‑
入射端光纤阵列，2
‑
波导光纤束，3
‑
PPC阵列，10
‑
PPC阵列彩色图像编码相机，20
‑
成像物镜，30
‑
动态被测目标，40
‑
四彩色复合相移条纹结构光投影仪。
具体实施方式
[0024]下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细地描述。
[0025]如图1所示，本专利技术一种四彩色通道动态三维测量装置，包括PPC阵列彩色图像编码相机10、成像物镜20、四彩色复合相移条纹结构光投影仪40；所述的四彩色复合相移条纹结构光投影仪40在同一时刻投射四个光波段互不重叠的π/2相位差的彩色复合相移条纹结构光；经动态被测目标30深度信息调制后，所述的成像物镜20将弯曲变化的复合相移条纹图案成像到所述的PPC阵列彩色图像编码相机10；所述的PPC阵列彩色图像编码相机10一次曝光采集复合相移条纹编码图像，通过将复合相移条纹编码图案解码成四幅不同色彩的π/2相位差的调制条纹图像，随后经相位解调和坐标换算得到动态被测目标30表面的三维坐标，实现四彩色通道动态三维测量。本专利技术一种。
[0026]所述的PPC阵列彩色图像编码相机10，包括入射端光纤阵列1、波导光纤束2，PPC阵列3；所述的入射端光纤阵列1由m
×
n个光纤束入射端组成，作为成像接收面，接受成像光线，并将成像光线导入波导光纤束2中；所述的波导光纤束2使成像光线在其中全反射传送到各PPC中；所述PPC阵列3由m
×
n个PPC组成，将成像光线分离成不同波段光线并在相应的光子晶体孔处输出；PPC上规则分布晶体孔，孔距在微米量级，导入成本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种四彩色通道动态三维测量装置，其特征在于，包括PPC阵列彩色图像编码相机(10)、成像物镜(20)、四彩色复合相移条纹结构光投影仪(40)；所述的四彩色复合相移条纹结构光投影仪(40)在同一时刻投射四个光波段互不重叠的π/2相位差的彩色复合相移条纹结构光；经动态被测目标(30)深度信息调制后，所述的成像物镜(20)将弯曲变化的复合相移条纹图案成像到所述的PPC阵列彩色图像编码相机(10)；所述的PPC阵列彩色图像编码相机(10)一次曝光采集复合相移条纹编码图像，通过将复合相移条纹编码图案解码成四幅不同色彩的π/2相位差的调制条纹图像，随后经相位解调和坐标换算得到动态被测目标(30)表面的三维坐标，实现四彩色通道动态三维测量；所述的PPC阵列彩色图像编码相机(10)，包括入射端光纤阵列(1)、波导光纤束(2)，PPC阵列(3)；所述的入射端光纤阵列(1)由m
×
n个光纤束入射端组成，作为成像接收面，接受成像光线，并将成像光线导入波导光纤束(2)中；所述的波导光纤束(2)使成像光线在其中全反射传送到各PPC中；所述PPC阵列(3)由m
×
n个PPC组成，将成像光线分离成不同波长光线并在相应的光子晶体孔处输出；所述的PPC上规则分布晶体孔，孔距在微米量级，导入成像光线在晶体共振下分离成不同波长光线依次从光子晶体孔处出射，出射波长由光子晶体孔共振波长决定。2.一种四彩色通道动态三维测量方法，其特征在于，采用如权利要求1所述四彩色通道动态三维测量装置进行彩色图像编码，包括以下步骤：步骤一、所述的四彩色复合相移条纹结构光投影仪(40)在同一时刻投射四个光波段互不重叠的π/2相位差的彩色复合相移条纹结构光；经动态被测目标(30)深度信息调制后，所述的成像物镜(20)将弯曲变化的复合相移条纹图案成像到所述的PPC阵...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵首博，祝振敏，杨玉强，
申请(专利权)人：广东海洋大学，
类型：发明
国别省市：
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