[发明专利]散斑投影相移高频率立体视觉三维测量方法及装置

权利要求书

1.一种散斑投影相移高频率立体视觉三维测量方法，其特征是，利用投影镜头、投影光源、高速旋转的散斑菲林片、两部摄像机实现，步骤如下：

两部摄像机组成立体视目对，该立体视目对图像采集的帧率为f视目对/秒；

散斑菲林片的半径为R，其上印有自相关长度为L的激光散斑图案；

散斑菲林片高速转动，其转动的角速度为弧度/秒，N是大于等于3的整数，K是大于等于0的整数，π是圆周率；

由于散斑菲林片高速转动，高速散斑相位投影装置可持续向被测物投射不断变化的激光散斑图案；

立体视目对以帧率f对被测物进行连续拍摄，得到M对带有被测物的形状信息调制的激光散斑图案的被测物的立体图像对，其中M大于等于N；

在M对立体图像对中，选取连续的N对立体图像对进行N步相移解相位算法得到图像值域为[-π/2,π/2]的相位立体图像对；

相位立体图像对中的相位条纹走势具有类似散斑的随机性，用于基于块匹配的立体匹配，相位立体图像对中的两幅图像分别称为视图1和视图2；

对相位立体图像对采用基于块匹配的立体匹配，得到整像素精度的块匹配视差图；

依据相位立体图像对,对块匹配视差图的视差结果进一步优化，得到亚像素精度的单像素匹配视差图；

将单像素匹配视差图结合立体视目对的系统参数，生成被测物的三维点云数据；

对采集的所有M对立体图像对中，所有连续的N对立体图像对重复进行自获取相位立体图像对开始的各操作步骤，实现高频率的弱纹理或无纹理表面三维形貌测量。

2.如权利要求1所述的散斑投影相移高频率立体视觉三维测量方法，其特征是，所述得到亚像素精度的单像素匹配视差图，详细步骤如下：

(1)对块匹配视差图中的每一像素，根据其像素坐标与视差值，在相位立体图像对的视图1和视图2中分别找到对应的像素点整数坐标；

(2)在视图2中，沿对应点所在的极线，找到距离该点最近的相位为-π/2和π/2的点，以此两个点之间的区间作为单像素匹配的搜索区间；

(3)在搜索区间内，拟合相位-坐标曲线，求该曲线上相位值与视图1中对应点的相位值相等的点的坐标，以此坐标，修正得到单像素匹配下的亚像素精度视差。

3.一种散斑投影相移高频率立体视觉三维测量装置，其特征是，包括投影镜头、投影光源、高速旋转的散斑菲林片、两部摄像机和计算机，两部摄像机组成立体视目对，该立体视目对图像采集的帧率为f视目对/秒；

散斑菲林片的半径为R，其上印有自相关长度为L的激光散斑图案；

散斑菲林片高速转动，其转动的角速度为弧度/秒，N是大于等于3的整数，K是大于等于0的整数，π是圆周率；

由于散斑菲林片高速转动，高速散斑相位投影装置可持续向被测物投射不断变化的激光散斑图案；

立体视目对以帧率f对被测物进行连续拍摄，得到M对带有被测物的形状信息调制的激光散斑图案的被测物的立体图像对，其中M大于等于N；

计算机中，在M对立体图像对中，选取连续的N对立体图像对进行N步相移解相位算法得到图像值域为[-π/2,π/2]的相位立体图像对；

相位立体图像对中的相位条纹走势具有类似散斑的随机性，用于基于块匹配的立体匹配，相位立体图像对中的两幅图像分别称为视图1和视图2；

对相位立体图像对采用基于块匹配的立体匹配，得到整像素精度的块匹配视差图；

依据相位立体图像对,对块匹配视差图的视差结果进一步优化，得到亚像素精度的单像素匹配视差图；

将单像素匹配视差图结合立体视目对的系统参数，生成被测物的三维点云数据；

对采集的所有M对立体图像对中，所有连续的N对立体图像对重复进行自获取相位立体图像对开始的各操作步骤，实现高频率的弱纹理或无纹理表面三维形貌测量。

4.如权利要求3所述的散斑投影相移高频率立体视觉三维测量装置，其特征是，所述计算机为PC计算机、单片机、FPGA或嵌入式设备。