基于偏振条纹投影的三维测量方法、系统、设备和介质技术方案

本公开涉及三维测量领域，具体涉及一种基于偏振条纹投影的三维测量方法、系统、设备和介质，提出偏振编码结合相移技术，在面对闪亮表面的高动态范围3D形状测量时能有更高的效率和稳定性；在强光条件下稳定地重建三维几何物体；该方法用偏振编码图取代了传统的灰度编码图，能够明显抑制二值化后的白色条纹边缘对黑色条纹的扩散现象，以帮助相移图案进行相位展开，虽然测量对象拥有HDR表面，但能准确地获得相应的相位周期，有效地抑制了高光引起的相位边缘跳变误差，提高了相位展开的鲁棒性。提高了相位展开的鲁棒性。提高了相位展开的鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
基于偏振条纹投影的三维测量方法、系统、设备和介质


[0001]本公开涉及三维测量领域，具体涉及基于偏振条纹投影的三维测量方法、系统、设备和介质。

技术介绍

[0002]在经典的格雷码加相移法中，由相移图计算所得的包裹相位在展开时，需要格雷码图来编码级次周期，使得展开的相位具有唯一性和连续性。这里要求获得的格雷码图像能够准确编码级次，而条纹边缘黑白转化不能利落地完成，也就是边缘模糊，且在面对高反射率物体时，这个问题会被放大，白色条纹边缘对黑色条纹的扩散现象更加严重，这样就会导致相位级次编码错误，进而不能够正确地进行相位展开。现有技术（Zhu Z , You D , Zhou F , et al. Rapid 3D reconstruction method based onPolarization
‑
enhanced fringe pattern of HDR object[J]. Optics Express, 2020,29(2)）尝试采用偏振增强条纹图案策略来实现相位展开，但是该种方法需要投多幅偏振图，而且效率也有待提高。

技术实现思路

[0003]本公开提供一种基于偏振条纹投影的三维测量方法、系统、设备和介质，能够有效抑制了高光导致的相位边沿跳变错误，从而提高了相位展开的鲁棒性。本公开提供以下技术方案来解决上述技术问题：作为本公开实施例的一个方面，提供一种基于偏振条纹投影的三维测量方法，包括如下步骤：获取偏振编码图；根据偏振编码图进行N步相移得到N幅正弦条纹图，所述N为大于等于3的自然数；将所述偏振编码图转换为灰度图像；将所述灰度图像进行二值化处理；所述二值化处理包括如下步骤：选取N幅正弦条纹图每个像素的均值作为二值化阈值得到阈值图像；将灰度图像与所述阈值图像的每个对应像素进行对比得到编码图像；引入第N+1幅偏振编码图，得到与周期级次N1(x,y)相隔半个相位周期的周期级次N2(x,y)；根据获得的周期级次N1(x,y)和周期级次N2(x,y)协助包裹相位进行相位展开得到连续相位。
[0004]较佳地，根据偏振编码图进行N步相移得到N幅正弦条纹图之后还包括如下步骤：利用所述N幅正弦条纹图计算每个位置的相位差；根据所述相位差与深度的映射关系获取物体的深度信息。
[0005]较佳地，所述N为4时，则4幅正弦条纹图I
n
(x,y)表达式为：，n=1,2,3,4；其中，A(x,y)是背景强度，B(x,y)是强度调制参量，φ(x,y)是需要计算的相位值；
n是正弦条纹图的幅数，n步相移即有n幅正弦条纹图；所述偏振编码图I(x,y)表达式为：，其中，R(x,y)是物体表面反射率；通过4步相移得到包裹相位：。
[0006]较佳地，所述阈值图像T
h
(x,y)的表达式为：，其中，n是正弦条纹图的幅数，n步相移即有n幅正弦条纹图。
[0007]较佳地，将灰度图像与所述阈值图像的每个对应像素进行对比得到编码图像，包括如下步骤：将灰度图像与所述阈值图像的每个对应像素进行对比，小于等于阈值赋值为0，大于阈值的赋值为1，得到的编码图像表达式为：，其中，为灰度图像，PC
i
(x,y)是灰度图像二值化后的结果；；其中，DOLP(x,y)是图像的线性偏振度；所述DOLP(x,y)表达式为：，其中，I
max
为水平偏振光强度，I
min
为垂直偏振光强度。
[0008]较佳地，引入第N+1幅偏振编码图，得到与周期级次N1(x,y)相隔半个相位周期的周期级次N2(x,y)的具体步骤为：先找到经过二值化处理后的PC1(x,y)，PC2(x,y)，PC3(x,y)和PC4(x,y)四张编码图像每列像素产生十进制数V1：，其中，PC
i
(x,y)为第i幅编码图像的二值化结果；相应的周期级次N1(x,y)通过查找已知的与十进制数V1对应一一映射关系来确定；引入第N+1幅偏振编码图PC5(x,y)，用PC1(x,y)，PC2(x,y)，PC3(x,y)，PC4(x,y)和PC5(x,y)五张编码图像中的每个像素获得十进制数V2：，其中，PC
i
(x,y)为第i幅编码图像的二值化结果；
i函数用于建立十进制数V2的一一映射关系得到周期级次N2(x,y)，所述i函数用于将乱序的十进制数字重排成从0开始由大到小的有顺序的数字的函数，，其中，INT是向下取整函数，i(V2)为N+1幅编码图像解码后所得到的用于确定相位周期级次的数字。
[0009]较佳地，根据获得的周期级次N1(x,y)和周期级次N1(x,y)协助包裹相位进行相位展开得到连续相位的步骤包括：截断相位被截断在(π，π)要把它映射到(，2π)之间，进行相位展开得到连续相位为：，其中，φ(x,y)是截断相位，θ(x,y)是展开后的连续相位。
[0010]本公开还提供一种基于条纹投影轮廓术的三维测量系统，包括：线性偏振模块，获取偏振编码图；相位计算模块，根据偏振编码图进行N步相移得到N幅正弦条纹图，所述N为大于等于3的自然数；偏振图像编码和二值化模块，将所述偏振编码图转换为灰度图像；将所述灰度图像进行二值化处理；所述二值化处理包括如下步骤：选取N幅正弦条纹图每个像素的均值作为二值化阈值得到阈值图像；将灰度图像与所述阈值图像的每个对应像素进行对比得到编码图像；解码模块，引入第N+1幅偏振编码图，得到与周期级次N1(x,y)相隔半个相位周期的周期级次N2(x,y)；相位展开模块，根据获得的周期级次N1(x,y)和周期级次N2(x,y)协助包裹相位进行相位展开得到连续相位。
[0011]作为本公开实施例的另一个方面，提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的基于偏振条纹投影的三维测量方法。
[0012]作为本公开实施例的另一个方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述的基于偏振条纹投影的三维测量方法的步骤。
[0013]本公开的有益效果为：提出偏振编码结合相移技术（PCPS），在面对闪亮表面的高动态范围3D形状测量时能有更高的效率和稳定性；在强光条件下稳定地重建三维几何物体；该方法用偏振编码图取代了传统的灰度编码图，能够明显抑制二值化后的白色条纹边缘对黑色条纹的扩散现象，以帮助相移图案进行相位展开，虽然测量对象拥有HDR表面，但能准确地获得相应的相位周期，有效地抑制了高光引起的相位边缘跳变误差，提高了相位展开的鲁棒性，相比于需要投多幅偏振图的偏振增强条纹图案策略又能提高测量效率。
附图说明
[0014]图1为根据本公开实施例1中的基于偏振条纹投影的三维测量方法的流程图；图2(a)、图2(b)和图2(c)分别是CGC、CGC with polarizer和PCPS三种方案下的拍回的第五幅二值条纹图；图2(d)、图2(e)和图2(f)分别为图2(a)、图2(b本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于偏振条纹投影的三维测量方法，其特征在于，包括如下步骤：获取偏振编码图；根据偏振编码图进行N步相移得到N幅正弦条纹图，所述N为大于等于3的自然数；将所述偏振编码图转换为灰度图像；将所述灰度图像进行二值化处理；所述二值化处理包括如下步骤：选取N幅正弦条纹图每个像素的均值作为二值化阈值得到阈值图像；将灰度图像与所述阈值图像的每个对应像素进行对比得到编码图像；引入第N+1幅偏振编码图，得到与周期级次N1(x,y)相隔半个相位周期的周期级次N2(x,y)；根据获得的周期级次N1(x,y)和周期级次N2(x,y)协助包裹相位进行相位展开得到连续相位。2.如权利要求1所述的基于偏振条纹投影的三维测量方法，其特征在于，根据偏振编码图进行N步相移得到N幅正弦条纹图之后还包括如下步骤：利用所述N幅正弦条纹图计算每个位置的相位差；根据所述相位差与深度的映射关系获取物体的深度信息。3.如权利要求1或2所述的基于偏振条纹投影的三维测量方法，其特征在于，所述N为4时，则4幅正弦条纹图I
n
(x,y)表达式为：，n=1,2,3,4；其中，A(x,y)是背景强度，B(x,y)是强度调制参量，φ(x,y)是需要计算的相位值；n是正弦条纹图的幅数，n步相移即有n幅正弦条纹图；所述偏振编码图I(x,y)表达式为：，其中，R(x,y)是物体表面反射率；通过4步相移得到包裹相位：。4.如权利要求3所述的基于偏振条纹投影的三维测量方法，其特征在于，所述阈值图像T
h
(x,y)的表达式为：，其中，n是正弦条纹图的幅数，n步相移即有n幅正弦条纹图。5.如权利要求4所述的基于偏振条纹投影的三维测量方法，其特征在于，将灰度图像与所述阈值图像的每个对应像素进行对比得到编码图像，包括如下步骤：将灰度图像与所述阈值图像的每个对应像素进行对比，小于等于阈值赋值为0，大于阈值的赋值为1，得到的编码图像表达式为：，
其中，为灰度图像，PC
i
(x,y)是灰度图像二值化后的结果；；其中，DOLP(x,y)是图像的线性偏振度；所述DOLP(x,y)表达式为：，其中，I
max
为水平偏振光强度，I
min
为垂直偏振光强度。6.如权利要求5所述的基于偏振条纹投影的三维测量方法，其特征在于，引入第N+1幅偏振编码图，得到与周期级次N1(x,y)相隔半个相位周期的周期级次N2(x,y)的具体步骤为...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝振敏，李敏超，张琦，黄健，曾龙辉，彭小俊，徐亮，
申请(专利权)人：江西省水投建设集团有限公司，
类型：发明
国别省市：