【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及三维重构方法，特别是涉及一种高速度条纹投影三维重构方法。
技术介绍
1、目前针对条纹投影的三维重构方法主要有两种经典的标定技术路线，包括基于立体视觉的标定方法和基于相位-坐标映射模型的标定方法。在基于立体视觉的fpp系统中，投影仪被视为反相机，因此它可以在双目框架下进行匹配点的搜索。但是由于需要借助正交的绝对相位来确定标定板的标记点在dmd图像当中的像素位置，因此这一类标定方法需要耗费较多的计算资源进行同源点的匹配，而且投影正交条纹的操作较为耗时耗力。而对于相位-坐标映射模型的标定方式，普遍需要在校准场的范围内反复摆放标定板，并投影条纹获取相应位置的相位，这意味着标定图片数量是较为冗余的，限制了标定重建的速度。本专利技术正是针对目前三维重构方法所存在的不足，借助一种新的模型来提升标定的效率，并通过策略优化实现重建速度的提升。
2、需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于克服上述
技术介绍
的缺陷，提供一种高速度条纹投影三维重构方法。
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种高速度条纹投影三维重构方法，包括如下步骤：
4、s1、通过投影条纹图案进行相机标定以获取内参以及外参，所述内参包括描述像素平面和标定板平面之间的几何变换关系的单应性矩阵h，所述外参包括相机相对于世界坐标系的
5、s2、根据平面单应性和相机坐标系到世界坐标系的rt关系，计算等相线在世界坐标系中的方程，将二维图像中的信息转换到三维空间；
6、s3、从不同投影位置获得的两幅相位图中进行相位值采样，找到对应的等相线，从而确定等相面；选择其中一对等相线作为参考以确定参考等相面的位置；
7、s4、通过两条等相线确定一个等相面，并根据所有的等相面得到方程，以点和向量的形式给出等相面的旋转中心线l，求解等相面方程；
8、s5、相位-偏转角模型标定：在相位范围内对等相面进行采样，以获取等相面与参考等相面之间的夹角信息；根据得到的相位样本，和等相面与参考等相面的夹角样本，通过解决非线性最小二乘问题得到相位-偏转角模型的参数；
9、s6、在重建过程中，对于图像中的每个像素，将其对应的相位值代入到已标定的相位-偏转角模型中，以计算出该像素对应的偏转角；
10、s7、利用计算得到的偏转角和已知的旋转中心线l，根据标定过程中得到的等相面方程形式，建立当前像素点所在的等相面方程；
11、s8、根据相机坐标系下的通过相机的内参和外参以及像素点的坐标建立的反投影射线方程，联立等相面方程，求解线与面的交点，从而完成目标点的三维坐标重建。
12、进一步地：
13、所述相位-偏转角模型为当前等相面的偏转角 θ'与当前相位 φ cur之间的关系式：；
14、其中 φ ref为参考等相面的参考相位， φ cur为当前相位， a1和 a2为待标定的模型参数， d为投影仪的工作距离，k为横向位移尺度和绝对相位之间的线性关系乘法系数，而b为这两者之间线性关系的加法系数。
15、步骤s2中，根据世界坐标系和相机坐标系之间的旋转平移 rt变化关系，将像素点的坐标转换成相机坐标系下的三维坐标，其操作为：
16、；
17、其中( u p, v p)是相位图中检索到的相位与给出的样本相位相等的像素， h为像素平面和标定板平面之间的单应性矩阵，( a p, b p)为经过单应性变换后得到的在标定板平面上的点坐标， r和 t为刚体变换的旋转矩阵和平移矩阵，( x p , y p , z p)是其对应标定板上该点的三维坐标。
18、步骤s4中，用一个向量 d = ( v1, v2, v3) 和一个点 p = ( p1, p2, p3)唯一确定等相面的旋转中心线，向量 d表示该直线的方向，点 p代表该直线上的任意一点， v1, v2, v3， p1, p2, p3是待求解的未知数，在用最小二乘法解出来之后将作为标定参数使用，求解方法如下：
19、；
20、其中、、和代表了任意一个样本等相面的方程系数，通过解方程可以得到旋转中心线 l0的空间位置。
21、步骤s4中，利用作为样本点的标定特征点的三维坐标和相应的相位值，结合相机的内参和外参，求解等相面的空间方程；根据样本点的三维坐标完成等相面空间方程的求解，这一操作通过求解齐次线性方程组实现：
22、；
23、其中、、和代表了某一样本等相面的方程系数，是该等相面对应的第 i个样本点的三维坐标，共有 m个这样的样本点，而其余绝对相位样本的等相面空间方程同理求解。
24、步骤s6中，逐一读取重建场景的相位图上每一个像素的相位值，根据其位置建立起对应的反投影射线方程 r：
25、；
26、其中，，代表该像素在归一化平面上的横纵坐标，而 x， 本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高速度条纹投影三维重构方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的高速度条纹投影三维重构方法，其特征在于，所述相位-偏转角模型为当前等相面的偏转角θ'与当前相位φcur之间的关系式：
3.如权利要求1或2所述的高速度条纹投影三维重构方法，其特征在于，步骤S2中，根据世界坐标系和相机坐标系之间的旋转平移RT变化关系，将像素点的坐标转换成相机坐标系下的三维坐标，其操作为：
4.如权利要求1至2任一项所述的高速度条纹投影三维重构方法，其特征在于，步骤S4中，用一个向量d = (v1, v2, v3) 和一个点p = (p1, p2, p3)唯一确定等相面的旋转中心线，向量d表示该直线的方向，点p代表该直线上的任意一点，v1, v2, v3，p1, p2, p3是待求解的未知数，在用最小二乘法解出来之后将作为标定参数使用，求解方法如下：
5.如权利要求4所述的高速度条纹投影三维重构方法，其特征在于，步骤S4中，利用作为样本点的标定特征点的三维坐标和相应的相位值，结合相机的内参和外参，求解等相面的空间方程；根据样本点的三维
6.如权利要求1至2任一项所述的高速度条纹投影三维重构方法，其特征在于，步骤S6中，逐一读取重建场景的相位图上每一个像素的相位值，根据其位置建立起对应的反投影射线方程R：
7.如权利要求6所述的高速度条纹投影三维重构方法，其特征在于，步骤S7中，利用计算得到的偏转角θ'和已知的旋转中心线L，根据标定过程中得到的等相面方程形式，确定当前等相面的空间方程，解方程组：
8.如权利要求7所述的高速度条纹投影三维重构方法，其特征在于，步骤S8中，在得到反投影射线方程R和当前等相面方程Fcur后，联立两者求解目标点的三维坐标：
9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-8任一项所述的方法。
10.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品由处理器运行时实现如权利要求1-8任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种高速度条纹投影三维重构方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的高速度条纹投影三维重构方法，其特征在于，所述相位-偏转角模型为当前等相面的偏转角θ'与当前相位φcur之间的关系式：
3.如权利要求1或2所述的高速度条纹投影三维重构方法，其特征在于，步骤s2中，根据世界坐标系和相机坐标系之间的旋转平移rt变化关系，将像素点的坐标转换成相机坐标系下的三维坐标，其操作为：
4.如权利要求1至2任一项所述的高速度条纹投影三维重构方法，其特征在于，步骤s4中，用一个向量d = (v1, v2, v3) 和一个点p = (p1, p2, p3)唯一确定等相面的旋转中心线，向量d表示该直线的方向，点p代表该直线上的任意一点，v1, v2, v3，p1, p2, p3是待求解的未知数，在用最小二乘法解出来之后将作为标定参数使用，求解方法如下：
5.如权利要求4所述的高速度条纹投影三维重构方法，其特征在于，步骤s4中，利用作为样本点的标定特征点的三维坐标和相应的相位值，结合相...
【专利技术属性】
技术研发人员：李星辉，雷烽骁，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：
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