[发明专利]一种基于格雷码辅助的三维坐标计算方法

说明书

本发明属于三维立体重建领域，具体的说是一种基于格雷码辅助的三维坐标计算方法。包括：一、标定双目相机内外参数并且捕获结构光条纹图案；二、对双目相机捕获的结构光条纹图案计算掩码图像，利用掩码图像实现快速相位展开得到绝对相位；三、对绝对相位进行横向约束；四、格雷码辅助搜索等值相位点；五、搜索到等值相位点后利用三角测距原理计算物体的三维坐标。本发明采用基于格雷码辅助的快速搜索等值相位方法获得物体的三维坐标，该方法相对于全局搜索以及双向条纹约束法的搜索速度更快。

技术领域

本发明属于三维立体重建领域，具体的说是一种基于格雷码辅助的三维坐标计算方法。

背景技术

基于相移结合格雷码的立体视觉测量方法，具有非接触、高精度、高分辨率和低成本的优点，被广泛应用在生物医学、机器视觉、逆向工程等领域，一直是专家学者研究的热点之一，该方法通过投影仪向物体表面投射一系列相移条纹图案，相机捕获经过物体调制的条纹图案，并解码得到包裹相位，对包裹相位进行相位展开得到连续的绝对相位值：然后，在左右绝对相位图中搜索等值相位点对，最后结合双目三角测距原理得到物体的三维坐标。

目前，求取相位的常用方法有四步相移法和傅里叶变换轮廓术(FTP)法，尽管这两种方法的相位求解过程不同，但都利用反正切函数求解相位，得到分布在[-π，π]的包裹相位，要想得到全场的真实相位，需要将包裹相位进行相位展开。相位展开分为空间相位展开和时间相位展开，空间相位展开通过分析包裹相位相邻元素之间的相位值，根据相位连续性对相位值进行适当调整，从而恢复出连续的绝对相位。在应用空间相位展开时，相邻像素点展开结果相互影响，测量表面不连续的物体时容易出错；时间相位展开通过投影一系列条纹，沿时间轴进行相位展开来确定各点的相位值。其中，相移结合格雷码作为一种时间相位展开方法，其展开过程不受相邻像素点的影响，能对表面复杂的物体进行测量且精度较高；搜素等值相位点方面，直接对相位信息采用传统的基于全局的搜索策略，搜索速度慢且误差较大；双向投影光栅法利用横纵两个方向的条纹对搜索区域进行约束以此来减小误差，但需要投射两个方向的条纹图案，计算量大，影响测量速度。

发明内容

本发明提供了一种基于格雷码辅助的三维坐标计算方法，该方法首先实现了快速的相位展开，首先采用掩码图像剔除非条纹区域的像素点以此来减少计算量，然后对条纹区域的像素进行相位展开，针对相位展开过程中周期错位的问题，采用错阶格雷码结合中值滤波的校正方法进行周期校正，得到强度呈连续线性变化的绝对相位，并对绝对相位和格雷码解码序列进行横向约束，在横向约束的基础上，提出利用格雷码解码值进一步进行纵向约束，最后根据双目三角测距原理的得到物体的三维坐标，解决了现有通过搜索等值相位方法得到物体三维坐标存在的上述不足。

本发明技术方案结合附图说明如下：

一种基于格雷码辅助的三维坐标计算方法，包括以下步骤：

步骤一、标定双目相机内外参数并且捕获结构光条纹图案；

步骤二、对双目相机捕获的结构光条纹图案计算掩码图像，利用掩码图像实现快速相位展开得到绝对相位；

步骤三、对绝对相位进行横向约束；

步骤四、格雷码辅助搜索等值相位点；

步骤五、搜索到等值相位点后利用三角测距原理计算物体的三维坐标。

所述步骤一的具体方法如下：

建立双目相机的成像几何模型，对双目相机进行标定得到相机内外参数，内外参数包括：相机镜头中心位置、焦距、畸变系数、旋转平移矩阵，标定后捕获结构光条纹图案。

所述步骤二的具体方法如下：