一种三维成像方法及系统技术方案

本发明专利技术适用于三维成像，提供了一种三维成像方法及系统，所述方法包括以下步骤：生成并投射条纹图案，所述条纹图案经所述成像物体的表面调制形成条纹图像；将所述条纹图像分解成第一正弦条纹图像、第二正弦条纹图像及Ｄｅ?Ｂｒｕｉｇｎ序列条纹图像；对分解后的图像进行解码；图像解码后结合其图像坐标以及系统参数进行三维成像。所述三维成像系统包括图案生成模块、图案投射模块、图像采集模块、解码模块以及成像模块。本发明专利技术实施例提供的三维成像方法及系统使用相位作为编码，其单次获取三维数据密度大；解码时利用Ｈｉｌｂｅｒｔ变换的性质，过程简单；展开相位时利用Ｄｅ?Ｂｒｕｉｇｎ序列的性质，避免了复杂的算法且没有误差传递，分辨率高，三维成像及重建更准确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于数字成像领域，尤其涉及一种三维成像方法及系统。
技术介绍
运动物体三维深度数据实时获取技术在动态建模、三维数字视频序列的获取方面有着重要的意义。实时获取运动物体三维深度数据的方法大致分为基于时空相关性的方 法，如条纹边界编码，以及基于空间相关性的单幅编码图方法，如彩色结构光编码方案、自 适应结构光方法、彩色相移方案等。基于单幅编码条纹图的方法具有不受物体运动速度限 制、一次拍摄就可获得三维数据的优点，其中用相位进行编码的方法更以单次拍摄分辨率 高，数据密度大而被广泛关注。使用相位进行编码包含两个关键技术一是合适的相位解调 的方法；二是有效的相位展开方法。相位解调的方法包括傅立叶变换算法、相移算法等。前 者仅需一幅条纹图便可解算出相位，但其受噪声影响大，且基于频域滤波鲁棒性不够；后者 可求得精确的解析解，噪声抑制能力强，鲁棒性好，但需要三幅或更多的条纹图，不适用于 运动物体。相位展开方法可分为时间相位展开和空间相位展开。时间相位展开需要多幅条 纹图，不适用于实时3D重建。传统的空间相位展开算法如枝切法、可靠性导向法等等，都是 基于物体表面空间相关性的方法，受噪声点影响大，算法复杂且存在误差传递的问题，成像 不准确。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种三维成像方法，旨在解决现有三维成像方法算 法复杂、准确性低的问题。本专利技术实施例的另一目的在于提供一种三维成像系统。本专利技术实施例是这样实现的，一种三维成像方法，包括以下步骤生成由两幅正弦条纹图案及一幅De Bruign序列条纹图案组成的条纹图案；投射所述条纹图案至成像物体，经所述成像物体的表面调制形成条纹图像；采集所述条纹图像；将所述条纹图像分解成两幅正弦条纹图像及De Bruign序列条纹图像，利用所述 两幅正弦条纹图像，获取与所述成像物体的表面形貌相关的折叠相位，利用所述De Bruign 序列条纹图像，获取De Bruign序列，确定所述折叠相位的展开级次，利用所述折叠相位及 其展开级次，获取与所述成像物体的表面形貌相关的绝对相位；利用所述绝对相位并结合所述成像物体的表面各点的图像坐标以及系统参数，确 定出所述成像物体的表面各点的三维坐标，获取所述成像物体的表面的三维图像。本专利技术实施例的另一目的是这样实现的，一种三维成像系统，包括图案生成模块，用于生成由两幅正弦条纹图案及一幅De Bruign序列条纹图案组 成的条纹图案；图案投射模块，用于投射所述条纹图案至成像物体，经所述成像物体的表面调制形成条纹图像；图像采集模块，用于采集所述条纹图像；解码模块，用于将所述条纹图像分解成两幅正弦条纹图像及De Bruign序列条纹图像，利用所述两幅正弦条纹图像，获取与所述成像物体的表面形貌相关的折叠相位，利用 所述De Bruign序列条纹图像，获取De Bruign序列，确定所述折叠相位的展开级次，利用 所述折叠相位及其展开级次，获取与所述成像物体的表面形貌相关的绝对相位；成像模块，用于利用所述绝对相位并结合所述成像物体的表面各点的图像坐标以 及系统参数，确定出所述成像物体的表面各点的三维坐标，获取所述成像物体的表面的三 维图像。本专利技术实施例提供的三维成像方法及系统使用相位作为编码，其单次获取三维数 据密度大，分辨率高；易于对所述第一正弦条纹图像和第二正弦条纹图像分量进行解码，过 程简单，效率高；展开相位时利用De Bruign序列的性质，避免了复杂的算法且没有误差传 递，三维成像及重建更准确。附图说明图1是本专利技术实施例提供的三维成像方法的流程图；图2是本专利技术实施例中投射的彩色正弦结构光图案的构成示意图；图3是本专利技术实施例提供的三维成像系统的结构图；图4是本专利技术实施例提供的三维成像系统的示意图。具体实施例方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并 不用于限定本专利技术。本专利技术实施例与现有技术的区别在于，本专利技术实施例提供的三维成像方法采用由 两幅正弦条纹图案及一幅De Bruign序列条纹图案组成的条纹图案，将所述条纹图案投射 至成像物体，经所述成像物体的表面调制形成条纹图像；解码时，将所述条纹图像分解成两 幅正弦条纹图像及一幅De Bruign序列条纹图像，利用两幅正弦条纹图像，获取与成像物 体的表面形貌相关的折叠相位，利用De Bruign序列条纹图像，获取De Bruign序列，确定 所述折叠相位的展开级次，利用所述折叠相位及其展开级次，获取与所述成像物体的表面 形貌相关的绝对相位；利用所述绝对相位并结合所述成像物体的表面各点的图像坐标以及 系统参数，确定出所述成像物体的表面各点的三维坐标，最终获取所述成像物体的表面的 三维图像。本方法使用相位作为编码，分辨率高，单次获取三维数据密度大；解码时利用了 Hilbert变换的性质，过程简单；展开相位时利用De Bruign序列的性质，避免了复杂的算 法且没有误差传递，三维成像及重建更准确。本专利技术实施例提供一种三维成像方法，所述方法包括以下步骤生成由两幅正弦 条纹图案及一幅De Bruign序列条纹图案组成的条纹图案；投射所述条纹图案至成像物 体，经所述成像物体的表面调制形成条纹图像；采集所述条纹图像；将所述条纹图像分解 成两幅正弦条纹图像及De Bruign序列条纹图像，利用所述两幅正弦条纹图像，获取与所述成像物体的表面形貌相关的折叠相位，利用所述De Bruign序列条纹图像，获取De Bruign序列，确定所述折叠相位的展开级次，利用所述折叠相位及其展开级次，获取与所述成像物 体的表面形貌相关的绝对相位；利用所述绝对相位并结合所述成像物体的表面各点的图像 坐标以及系统参数，确定出所述成像物体的表面各点的三维坐标，获取所述成像物体的表 面的三维图像。图1示出了本专利技术实施例提供的三维成像方法的实现流程，详述如下在步骤SlOl中，生成由两幅正弦条纹图案及一幅De Bruign序列条纹图案组成的 条纹图案。本专利技术实施例中，所述条纹图案为编码条纹图案，所述编码条纹图案由第一正弦 条纹图案、第二正弦条纹图案及一幅De Bruign序列条纹图案分置于三个颜色通道生成，所 述De Bruign序列条纹图案由一个De Bruign序列生成，De Bruign序列码由De Bruign序 列条纹图案中的条纹的颜色分量表示，所述De Bruign序列条纹图案包括黑、白两种条纹， 黑条纹用0表示，白条纹用1表示。本实施例中所述De Bruign序列条纹图案由一个2元5 级的DeBruign序列生成，所述De Bruign序列条纹图案由相连的五个黑白条纹组合而成， 所述De Bruign序列为由0和1组成的长度为5的序列，每一个De Bruign序列唯一对应 了一个相位展开级次，本专利技术实施例中01001的De Bruign序列对应的相位展开级次N为1。所述第一正弦条纹图案的相移量与第二正弦条纹图案的相移量之间的差为(η为整数)，本实施例中所述第一正弦条纹图案的相移量为0，第二正弦条纹图案的相移量为f，由其生成的编码条纹图案为彩色正弦结构光图案。在步骤S102中，投射所述条纹图案至成像物体，经所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维成像方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：生成由两幅正弦条纹图案及一幅ＤｅＢｒｕｉｇｎ序列条纹图案组成的条纹图案；投射所述条纹图案至成像物体，经所述成像物体的表面调制形成条纹图像；采集所述条纹图像；将所述条纹图像分解成两幅正弦条纹图像及ＤｅＢｒｕｉｇｎ序列条纹图像，利用所述两幅正弦条纹图像，获取与所述成像物体的表面形貌相关的折叠相位，利用所述ＤｅＢｒｕｉｇｎ序列条纹图像，获取ＤｅＢｒｕｉｇｎ序列，确定所述折叠相位的展开级次，利用所述折叠相位及其展开级次，获取与所述成像物体的表面形貌相关的绝对相位；利用所述绝对相位并结合所述成像物体的表面各点的图像坐标以及系统参数，确定出所述成像物体的表面各点的三维坐标，获取所述成像物体的表面的三维图像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭翔，郭继平，李阿蒙，刘晓利，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]