【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种三维重建方法，更进一步，涉及一种包含运动误差迭代矫正过程的面结构光快速三维重建方法。
技术介绍
1、近年来，对于动态场景的三维重建需求日渐增长，典型的应用场景包括：行驶车辆的测量、运动齿轮的测量等。在这些场景中，如何降低物体运动引入的特有测量误差(后简称运动误差)、提升动态场景的三维重建精度成为亟待解决的技术问题。为了解决这个问题，研究者们提出了大量专用于动态场景的三维重建和误差矫正方法，典型的包括基于光、声、磁原理的三维重建方法。虽然这些方法在实现原理上存在差异，且各自具有不同的优缺点，但技术的总体发展趋势均是在追求更高的重建效率和重建精度。
2、面结构光法(surface structured light，ssl)是一种基于光学原理的非接触式三维重建方法，是可用于测量动态场景的最具潜力的一种方法。该方法使用主动式空间光编码设备将具有特殊编码的图案(后简称结构光图案)投射至被测目标物体表面，并由图像采集设备捕获因物体表面调制而发生变形的结构光图案。随后，通过计算设备对变形图案进行解码分析，得到结构光图案变形前后两设备的空间关系，再基于三角测量原理实现对被测物体表面的三维重建。由于结构光法具有非接触、高精度、高点云密度、强鲁棒性等优点，因此在工业检测、逆向设计、生物医学、文物复制等众多领域得到了广泛使用。
3、在面结构光法中，最为经典的图案编码与解码方法是相移测量轮廓术(phaseshifting profilometry，psp)，又称相移编码方法。在该方法中，结构光图案被设计为多幅在
4、然而，使用面结构光法进行三维重建时需要一定的时间来实现图案的投影和采集，因此在重建运动物体时会受到运动过程带来的影响而出现误差，最终使得测量精度大幅降低，不利于该方法的进一步推广应用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种包含运动误差迭代矫正过程的面结构光快速三维重建方法，该方法的主要内容是生成四幅灰度经特殊编码的相移条纹图案，并使用光编码设备和图像采集设备分别对该四幅条纹图案进行循环投影与同步采集；通过本专利技术提出的包含运动误差迭代矫正过程的相位解码算法对采集图像进行实时相位解算，实现运动误差的压制；随后,将去除了物体运动影响的绝对相位信息引入预先标定的系统模型中，实现对被测物体表面的高精度三维重建。该包含运动误差迭代矫正过程的面结构光快速三维重建方法无需对物体运动进行提前标定，仅通过循环投射4幅相移图像并对相应的采集图像进行处理即可实现对运动误差的极大压制，完成对运动物体的快速、高精度三维重建，可同时保证测量效率与测量精度。为了达到上述目的，本专利技术提供的技术方案是：一种包含运动误差迭代矫正过程的面结构光快速三维重建方法，该方法具体包括以下步骤(如附图1)：
2、步骤1：生成四步相移编码的条纹图案，其表达式如下：
3、
4、
5、
6、
7、在上述四式中，为像素点(x,y)的灰度，p用于表征与主动式空间光编码设备相关参数,ap为平均灰度,bp为灰度幅值。为点(x,y)处的包裹相位，α(x,y)为点(x,y)处所编码的相移信息。其中α(x,y)编码方式如下：
8、
9、w为生成条纹图案的宽度。
10、步骤2：将生成的条纹图案输入主动式空间光编码设备，通过该设备循环投影到物体表面，同时使用图像采集设备同步采集。
11、步骤3：以每组相移图案的第1步作为起点，从捕获的图像流中连续取出6张进行处理(附图2)，该6张图像的灰度分布表达如下：
12、
13、
14、
15、
16、
17、
18、在上述六式中，为被采集图像像素点(x,y)的灰度，c用于表征与图像设备相关参数，ac为平均灰度，bc为灰度幅值。
19、步骤4：将上述6张图像中的前4步(即至)作为第1组，选择和采集时刻中间的一个虚拟时刻作为评价相位与相移变化的基准，令该时刻物体表面的三维状态对应的相位和相移分别为和α2.5。由于极短时间内物体的运动可近似认为是匀速运动，则该4步中任意一步的包裹相位和相移αi重新表示为如下线性过程：
20、
21、αi≈α2.5+(i-2.5)εα
22、在上式中，和εα分别是由于物体运动导致的两幅相邻图像相位和相移发生偏移的参数。此外，由于相位编码范围一般远大于相移编码范围，即有本方法中舍弃εα项以简化运算。同时，为了表述方便，令因此，前4步图案(至)表达式可改写为：
23、
24、
25、
26、
27、随后，按照下式分别计算上述图像对应的包含运动误差的相位与相移α2.5m：
28、
29、
30、其中m表示包含物体运动影响的参数。
31、步骤5：将上述6张图像中的后4步(即至)作为第2组，并选择和采集时刻中间的一个虚拟时刻作为评价相位与相移变化的基准，令该时刻物体表面的三维状态对应的相位和相移分别为和α4.5。与步骤3类似，后4步图像表达式可改写为
32、
33、
34、
35、
36、随后，按照下式分别计算上述图像对应的包含运动误差的相位信息与相移信息α4.5m：
37、
38、
39、步骤6：对步骤4、步骤5中计算得到的包含运动误差的初始相位和进行迭代优化(如附图3)。迭代初始值设置为ε0＝0；迭代主体为如下形式：
40、
41、
42、
43、其中k(k≥0)为迭代次数。在本方法中，迭代收敛条件设置为：其中是收敛阈值。当第k+1次迭代优化所得相位与满足收敛条件后，迭代过程停止。将此时得到的相位优化结果作为最终优化结果，分别记为和εopt＝εk+1。
44、步骤7：利用步骤6计算所得εopt，对步骤4、步骤5中计算得到的初始相移α2.5m和α4.5m进行迭代优化(如附图4)。迭代初始值设置为迭代主体为如下形式：
45、
46、
47、其中k(k≥0)为迭代次数；迭代收敛条件设置为：其中tα是收敛阈值。当第k+1次迭代优化所得相移与满足收敛条件后，迭代过程停止。将此时所得相移校正结果作为最终优化结果，分别记为和
48、步骤8：使用步骤7中获得的优化相移和按下式求解条纹级数：
49、...
【技术保护点】
1.一种包含运动误差迭代矫正过程的面结构光快速三维重建方法，其特征在于，该方法主要包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种包含运动误差迭代矫正过程的面结构光快速三维重建方法，其特征在于，所述步骤3所使用的4张图像的表达式可以改写为：
【技术特征摘要】
1.一种包含运动误差迭代矫正过程的面结构光快速三维重建方法，其特征在于，该方法主要包括以下步骤：
2.如权利要求...
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