[发明专利]一种基于FPGA的实时三维重建系统及其方法

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的实时三维重建系统及其方法，该系统包括：采集模块、投影模块、数据处理模块和显示模块；该数据处理模块包括：数据缓存单元、相位打包裹单元、非线性误差校正单元、相位解包裹单元、求取信噪比单元、三维重建单元。本发明能实时得到被测物体的三维点云信息并显示，并消除非线性误差，从而提高工业的测量速度和精度。

技术领域

本发明涉及视觉三维重建测量技术领域，具体涉及一种基于FPGA的实时三维重建系统及其方法。

背景技术

数字投影技术被广泛应用于三维表面测量领域。通过投影正弦条纹图，物体对正弦条纹图进行调制，通过相位和高度之间的映射关系求得物体的深度信息。

随着人工智能的快速发展，对三维重建的速度和精度越来越重视，在无人驾驶、医学检测、数据建模等领域有很大需求快速和精确求得物体的三维点云数据越来越受到人们关注。传统的三维重建系统在pc机上实现很难达到实时，速度限制了无人驾驶、医学检测、数据建模等领域的发展。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出了一种基于FPGA的实时三维重建系统及其方法，以期能实时得到被测物体的三维点云信息并显示，并消除非线性误差，从而提高工业的测量速度和精度。

本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

本发明一种基于FPGA的实时三维重建系统的特点包括：采集模块、投影模块、数据处理模块和显示模块；

所述投影模块将12幅正弦条纹图依次投影到被测物体上，每投影一幅正弦条纹图时，触发所述采集模块下实时采集被测物体在当前投影周期下的灰度图像，从而得到12幅灰度图像并作为一组图像数据后传递给所述数据处理模块；

所述数据处理模块包括：数据缓存单元、相位打包裹单元、非线性误差校正单元、相位解包裹单元、求取信噪比单元、三维重建单元；

所述数据缓存单元在系统时钟周期的控制下，通过千兆网接收并缓存所述采集模块发送的图像数据；

所述相位打包裹单元从所述数据缓存单元中依次读取3幅灰度图像并进行相位打包裹运算，得到1幅包裹相位图，从而根据12幅灰度图像得到4幅包裹相位图并传递给所述非线性误差校正单元；

所述非线性误差校正单元对第3幅包裹相位图和第4幅包裹相位图包裹相位图进行处理，得到去除非线性误差的包裹相位图，并输入到所述相位解包裹单元；

所述相位解包裹单元对第1幅包裹相位图、第2幅包裹相位图以及所述去除非线性误差的包裹相位图分别进行相位解包裹运算，得到1幅相位展开图，并传递到所述三维重建单元；

所述求取信噪比单元对所述一组图像数据进行处理，得到每幅灰度图像中每个像素点的调制度，并传递到所述三维重建单元；

所述三维重建单元对所述每个像素点的调制度和所述相位展开图进行处理，得到去除噪声点的被测物体的三维点云数据，并作为所述被测物体在当前投影周期下的重构结果。

本发明所述的实时三维重建系统的特点也在于，所述相位打包裹单元是按如下过程得到包裹相位图：

步骤I、利用式(1)得到3幅灰度图像的比值A：

式(1)中，I₀、I₁、I₂分别表示3幅灰度图像；

步骤II、利用CORDIC算法对所述比值A进行arctan函数求解，从而得到1幅包裹相位图。

所述非线性误差校正单元是利用式(2)获得去除非线性误差的包裹相位图