【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于结构光三维测量的，涉及一种基于相机阵列聚焦结构光对物体三维重建方法。
技术介绍
1、三维测量技术是实现产品的全尺寸在线精密测量，协助制造商完成产品精细化、智能化、数字化管理的解决方案之一。现有的较为成熟的测量方法大致可分为接触式和基于光学的非接触式两种，接触式测量主要通过探头直接接触物体表面完成物体三维形状的测量，该方法受物体表面的反射特性、颜色及曲率影响较小，测量精度高，但测量速度慢，不适用于非刚性物体的测量。基于光学的非接触式测量方法主要利用调制光场信息完成物体表面的几何形状测量。不接触的优点使得其在柔软、不可接触、毛皮、易变形等物体的测量上具有巨大的应用价值。同时，近年来面阵光场调制器件和硬件算力的迅速发展，使得非接触式方法的测量效率得到了显著的提升。
2、随着工业化进程的加快，一体化成型产品市场占比与日递增，物体零件尺寸也较为庞大。而受光学成像系统限制，结构光测量设备均具有一定的景深范围，而成像的清晰程度直接影响着结构光测量的精度，为了获得有效的景深范围，需要将成像设备多次对焦。在大纵深场景的测量上，单次测量难以同时保证成像设备具有较大的景深范围。因此，需要进行多次测量及标定，增加了测量的复杂度；同时，将其应用到在线测量时，设备调焦将进一步影响测量的稳定性及准确性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于相机阵列聚焦结构光对物体三维重建方法，利用相机阵列，获取待测物体不同深度成像平面的清晰条纹图，根据标定参数，生成超分辨四维条纹，利用超
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、一种基于相机阵列聚焦结构光对物体三维重建方法，基于相机阵列和投影仪实现，建立相机阵列基准平面，采用投影仪投影n帧条纹至待测物体表面，其中n≥3；建立若干平行且距离相机阵列基准平面不同间距的深度成像平面，利用相机阵列的单应性矩阵与若干深度成像平面上的图像解算得到变形条纹图；然后将变形条纹图合成为包含相移信息的超分辨四维条纹，利用超分辨四维条纹的相移信息确定相机阵列在各深度成像平面上的最佳对焦变形条纹；利用最佳对焦变形条纹计算绝对相位，解算相机阵列与投影仪之间的极线对应关系，利用绝对相位与极线对应关系解算待测物体表面的三维点云，利用三维点云完成待测物体表面的三维重建。
4、为了更好地实现本专利技术，进一步的，具体包括以下步骤：
5、步骤1、对相机阵列和投影仪进行标定得到标定参数，通过标定参数建立相机阵列基准平面，建立若干平行且距离相机阵列基准平面不同间距的深度成像平面，利用深度成像平面计算相机阵列的单应性矩阵；
6、步骤2、利用投影仪投影n帧相移条纹与n帧附加条纹至待测物体的表面，采用相机阵列采集各个深度成像平面上的图像，结合相机阵列的单应性矩阵，解算得到n帧变形相移条纹与n帧变形附加条纹；
7、步骤3、利用步骤1中得到的单应性矩阵，将各深度成像平面上的n帧变形相移条纹与n帧变形附加条纹投影至相机阵列基准平面，将n帧变形相移条纹合成为超分辨四维相移条纹，将n帧变形附加条纹合成为超分辨四维附加条纹；
8、步骤4、计算超分辨四维相移条纹在各深度成像平面上的最佳对比度，根据最佳对比度索引更新得到超分辨四维相移条纹上各个像素的灰度值，以及超分辨四维附加条纹上各个像素的灰度值；利用超分辨四维相移条纹上各个像素的灰度值解算最佳对焦变形相移条纹，利用超分辨四维附加条纹上各个像素的灰度值解算最佳对焦变形附加条纹；
9、步骤5、利用最佳对焦变形相移条纹、最佳对焦变形附加条纹解算待测物体的绝对相位，结合绝对相位、相机阵列与投影仪之间的极线对应关系、相机阵列和投影仪的标定参数，解算待测物体表面的三维点云，利用三维点云完成待测物体表面的三维重建。
10、为了更好地实现本专利技术，进一步的，所述步骤4具体为：
11、所述步骤4具体为：
12、步骤4.1、基于超分辨四维相移条纹的最大值与超分辨四维相移条纹的最小值建立关于超分辨四维相移条纹的对比度函数；
13、步骤4.2、基于对比度函数建立对比度均方根误差函数，在对比度均方根误差函数值最小时，查找对应的深度成像平面与相机阵列基准平面之间的最佳距离；
14、步骤4.3、根据最佳距离索引更新对比度函数；
15、步骤4.4、查找索引更新后的对比度函数值最大时对应的最佳相机编码；
16、步骤4.5、根据最佳距离与最佳相机编码索引更新得到超分辨四维相移条纹上各个像素的灰度值，通过超分辨四维相移条纹上各个像素的灰度值解算最佳对焦变形相移条纹；根据最佳距离与最佳相机编码索引更新得到超分辨四维附加条纹上各个像素的灰度值，通过超分辨四维附加条纹上各个像素的灰度值解算最佳对焦变形附加条纹。
17、为了更好地实现本专利技术，进一步的，所述超分辨四维相移条纹的对比度函数为：
18、；
19、其中：表示第n帧超分辨四维相移条纹；表示以第n帧条纹为索引取中的最大值函数；表示以第n帧条纹为索引取中的最小值函数；表示与相机阵列基准平面距离为d的第m个相机在坐标为（x,y）处的超分辨四维相移条纹像素的对比度；表示深度成像平面与相机阵列基准平面之间的距离为d时，第m个相机采集图像的像素的x坐标投影至相机阵列基准平面的坐标；表示深度成像平面与相机阵列基准平面之间的距离为d时，第m个相机采集图像的像素的y坐标投影至相机阵列基准平面的坐标。
20、为了更好地实现本专利技术，进一步的，所述对比度均方根误差函数为：
21、；
22、其中：m表示相机阵列中相机的数量；m表示相机阵列中的第m个相机。
23、为了更好地实现本专利技术，进一步的，所述步骤5具体为：
24、步骤5.1、根据最佳对焦变形相移条纹解算待测物体表面的包裹相位，根据最佳对焦变形附加条纹解算待测物体表面的附加相位；
25、步骤5.2、计算包裹相位与附加相位之间的相位差以及相移周期，通过相位差与相移周期计算待测物体表面的条纹级次；
26、步骤5.3、通过包裹相位与条纹级次解算待测物体表面条纹的绝对相位；
27、步骤5.4、利用相机阵列和投影仪的标定参数解算得到相机阵列与投影仪之间的极线对应关系，通过极线对应关系得到投影仪与相机阵列之间的成像坐标对应关系，利用极线定理及射线相交定理求解待测物体表面的三维点云以完成待测物体表面的三维重建。
28、为了更好地实现本专利技术，进一步的，所述步骤2具体为：
29、利用投影仪投影n帧相移条纹与n帧附加条纹至待测物体的表面，将相机阵列中的若干相机的成像光圈大小、对焦距离设置为不同值，然后通过相机阵列中的若干相机采集受到待测物体表面调制的n帧变形相移条纹与n帧变形附加条纹；
30、所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于相机阵列聚焦结构光对物体三维重建方法，基于相机阵列和投影仪实现，其特征在于，建立相机阵列基准平面，采用投影仪投影N帧条纹至待测物体表面，其中N≥3；建立若干平行且距离相机阵列基准平面不同间距的深度成像平面，利用相机阵列的单应性矩阵与若干深度成像平面上的图像解算得到变形条纹图；然后将变形条纹图合成为包含相移信息的超分辨四维条纹，利用超分辨四维条纹的相移信息确定相机阵列在各深度成像平面上的最佳对焦变形条纹；利用最佳对焦变形条纹计算绝对相位，解算相机阵列与投影仪之间的极线对应关系，利用绝对相位与极线对应关系解算待测物体表面的三维点云，利用三维点云完成待测物体表面的三维重建。
2.根据权利要求1所述的一种基于相机阵列聚焦结构光对物体三维重建方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于相机阵列聚焦结构光对物体三维重建方法，其特征在于，所述步骤4具体为：
4.根据权利要求3所述的一种基于相机阵列聚焦结构光对物体三维重建方法，其特征在于，所述超分辨四维相移条纹的对比度函数为：
5.根据权利要求4所述的一种基于
6.根据权利要求2-5任一项所述的一种基于相机阵列聚焦结构光对物体三维重建方法，其特征在于，所述步骤5具体为：
7.根据权利要求2-5任一项所述的一种基于相机阵列聚焦结构光对物体三维重建方法，其特征在于，所述步骤2具体为：
8.根据权利要求2-5任一项所述的一种基于相机阵列聚焦结构光对物体三维重建方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：
9.根据权利要求2-5任一项所述的一种基于相机阵列聚焦结构光对物体三维重建方法，其特征在于，所述步骤3中通过单应性矩阵合成为超分辨四维相移条纹为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于相机阵列聚焦结构光对物体三维重建方法，基于相机阵列和投影仪实现，其特征在于，建立相机阵列基准平面，采用投影仪投影n帧条纹至待测物体表面，其中n≥3；建立若干平行且距离相机阵列基准平面不同间距的深度成像平面，利用相机阵列的单应性矩阵与若干深度成像平面上的图像解算得到变形条纹图；然后将变形条纹图合成为包含相移信息的超分辨四维条纹，利用超分辨四维条纹的相移信息确定相机阵列在各深度成像平面上的最佳对焦变形条纹；利用最佳对焦变形条纹计算绝对相位，解算相机阵列与投影仪之间的极线对应关系，利用绝对相位与极线对应关系解算待测物体表面的三维点云，利用三维点云完成待测物体表面的三维重建。
2.根据权利要求1所述的一种基于相机阵列聚焦结构光对物体三维重建方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于相机阵列聚焦结构光对物体三维重建方法，其特征在于，所述步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁寒，邓淋文，李米可，王亚品，肖朝，胡兴成，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：发明
国别省市：
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