【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于图像处理，涉及一种结构光空域相移动态三维重构方法。
技术介绍
1、三维形貌测量在机械设计、医学、娱乐等领域发挥着越来越重要的作用。但大多局限于静态场景测量。随着高速摄像机和高速数字光处理投影技术的快速发展，高速运动、快速变形等瞬态场景的三维形貌测量受到了广泛关注。然而，传统三维形貌测量方法很难满足动态测量的精度与效率双重要求。因此，研究新的三维动态测量方法具有重要意义。
2、结构光投影测量技术以其高精度、高效率、非接触的特点成为一种高性能的测量方法。结构光投影轮廓术主要分为单帧图像变换方法和传统相移方法。其中，
3、单帧图像变换方法只需单帧采样便可进行相位解析，获取相位图。是一种高效的测量方法，非常适用于动态测量场景，其中最具代表性的便是傅里叶变换方法。但是，这种方法存在频谱重叠与频谱泄露的缺陷，使其无法恢复复杂表面的三位形貌，导致测量失真，限制了它的测量精度。与单帧图像变换方法相比，传统相移方法具有更强的鲁棒性，可以实现高分辨率、高精度的逐像素相位求解。然而，为了重建三维形状，该方法需要花费更多的时间采集条纹图像，极大降低了采样效率；同时，在动态场景测量中，物体的运动也会导致不同图像帧之间发生相位偏移误差。因此，该方法仅适用于静态测量场景。
4、由此可见，单帧傅里叶变换方法以及传统相移方法在新的动态测量场景下面临测量精度与测量效率的双重难题。为满足高效、高精度的动态测量需求，需要结合上述两种方法的优势进行改进。
技术实现思路
1、
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种结构光空域相移动态三维重构方法，该包括以下步骤：
4、s1：结构光条纹投影采样：通过投影单帧正弦结构光条纹，采集调制图像，用于空域相移分析以及相位分析；
5、s2：单帧条纹图像空域相移：针对单帧采样条纹图像进行空域相移，提取多步相移子序列；
6、s3：多步相移子序列傅里叶变换分析：针对多步相移子序列图像进行傅里叶变换与频谱滤波，提取其傅里叶相位；
7、s4：多步相移子序列相位差分分析，对多步相移子序列的傅里叶相位进行差分计算，提取其与采样图像之间的相移；
8、s5：最小二乘拟合分析，利用多步相移子序列的差分相位进行最小二乘拟合运算，求解采样图像的包裹相位。
9、可选的，所述s1中，条纹信号模型表示为：
10、i(x,y)＝ibg(x,y)+m(x,y)cos[2πfx+φ(x,y)]
11、式中，(x,y)表示图像在x和y方向像素点坐标，i(x,y)代表采样图像强度信号，ibg(x,y)代表背景信号，m(x,y)代表调制度信号，cos[2πfx+φ(x,y)]代表正弦结构光信号，f分别代表正弦结构光在x方向的频率，仅考虑一维分布情况，二维分布情况同样适用，φ(x,y)代表待求相位。
12、可选的，所述s2中，通过空域相移的方式从采样条纹中提取多步相移子序列，表示如下：
13、
14、式中，k代表多步相移子序列的序号，m代表空间平移步距，n表示空间平移步数。
15、可选的，所述s3包括对多步相移子序列进行傅里叶变换、正频频谱滤波和傅里叶逆变换处理，以提取多步相移子序列的傅里叶相位
16、可选的，所述s4中，以采样条纹图像为零相移图像，与多步相移子序列进行傅里叶相位差分分析，以三步相移为例，表示如下：
17、
18、式中，δn(x,y),n＝1,2,3代表多步相移条纹序列中序号为n的条纹与序号为1的条纹之间的差分相位。
19、可选的，所述s5中，通过多步相移子序列与采样条纹之间的差分相位和多步相移子序列信息进行最小二乘拟合计算，表示如下：
20、x＝p-1q
21、式中，
22、x＝[ibg(x,y) α(x,y) β(x,y)]t
23、
24、
25、α(x,y)＝m(x,y)cos[φ(x,y)]，β(x,y)＝-m(x,y)sin[φ(x,y)]，φ(x,y)为待求采样条纹图像相位，φ(x,y)＝2πfx+φ。
26、可选的，所述s2中，以采样条纹作为零相移条纹图像进行空域相移到最小二乘拟合分析，求解该图像所对应的包裹相位，包裹相位计算如下：
27、
28、式中，φ'(x,y)表示求解的包裹相位中包含2π相位模糊，需通过相位解包裹进行展开。
29、本专利技术的有益效果在于：
30、(1)本专利技术中通过空域相移的方式从单帧图像中提取多步相移子序列，既保证采样效率达到最高，同时又能获得相移图像子序列，解决了传统方法中相移序列采样效率低下的问题。
31、(2)本专利技术在提取多步相移子序列傅里叶相位之间的相位差基础上，通过最小二乘拟合分析求解采样图像的包裹相位，有效抑制了传统单帧傅里叶变换方法中存在的频谱泄露问题。同时，所求包裹相位融合了多帧子图像信息，相比传统单帧傅里叶变换方法而言，其求解信息更加丰富，有助于提升测量精度。
32、本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
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1.一种结构光空域相移动态三维重构方法，其特征在于：该包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种结构光空域相移动态三维重构方法，其特征在于：所述S1中，条纹信号模型表示为：
3.根据权利要求1或2所述的一种结构光空域相移动态三维重构方法，其特征在于：所述S2中，通过空域相移的方式从采样条纹中提取多步相移子序列，表示如下：
4.根据权利要求3所述的一种结构光空域相移动态三维重构方法，其特征在于：所述S3中包括对多步相移子序列进行傅里叶变换、正频频谱滤波和傅里叶逆变换处理，以提取多步相移子序列的傅里叶相位
5.根据权利要求4所述的一种结构光空域相移动态三维重构方法，其特征在于：所述S4中，以采样条纹图像为零相移图像，与多步相移子序列进行傅里叶相位差分分析，以三步相移为例，表示如下：
6.根据权利要求5所述的一种结构光空域相移动态三维重构方法，其特征在于：所述S5中，通过多步相移子序列与采样条纹之间的差分相位和多步相移子序列信息进行最小二乘拟合计算，表示如下：
7.根据权利要求6所述的一种结构光空域相移动态三维重
...【技术特征摘要】
1.一种结构光空域相移动态三维重构方法，其特征在于：该包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种结构光空域相移动态三维重构方法，其特征在于：所述s1中，条纹信号模型表示为：
3.根据权利要求1或2所述的一种结构光空域相移动态三维重构方法，其特征在于：所述s2中，通过空域相移的方式从采样条纹中提取多步相移子序列，表示如下：
4.根据权利要求3所述的一种结构光空域相移动态三维重构方法，其特征在于：所述s3中包括对多步相移子序列进行傅里叶变换、正频频谱滤波和傅里叶逆变换处理，以提取多步相移子序列的傅里叶相位
5.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱发世，邓钦元，仇国庆，张林林，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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