[发明专利]一种基于离焦度解包裹的结构光三维测量方法及装置

说明书

本发明涉及光学三维测量技术领域，公开了一种基于离焦度解包裹的结构光三维测量方法及装置。本发明基于对离焦度与相位的数学分析提出了离焦相位函数的概念，该函数用于表示离焦度与相位的函数关系。本发明在待测物体上投影不同条纹宽度的二值条纹，并拍照以采集对应条纹图像，对该条纹图像计算包裹相位，进而根据不同条纹宽度的二值条纹的调制度计算离焦度，将得到的离焦度代入已标定好的离焦相位函数以获取参考相位，基于该参考相位进行解包裹，从而得到用于重建三维点云的绝对相位。本发明与依赖相位精度的多频外差法不同，不会受到相位误差大小的影响，在深度大幅度变化导致相位误差增大的场景下能够实现高精度的三维测量。

技术领域

本发明涉及光学三维测量技术领域，尤其涉及一种基于离焦度解包裹的结构光三维测量方法及装置。

背景技术

基于投影与成像技术的高速发展，结构光三维测量方法具有高速，高精度，适用范围广的特点，是广泛应用的非接触式三维测量方法之一。目前大部分的结构光三维测量方法基于二值条纹离焦投影技术。

二值条纹离焦投影技术的原理是利用离焦效应把二值条纹模糊成标准的正弦条纹。二值条纹离焦程度过度或不足均会导致包裹相位误差增大，而相位解包裹的准确度基于包裹相位的精度，解包裹误差会同时增大。目前通常采用多频外差法进行相位解包裹，然而，该多频外差法依赖于包裹相位的精度，容易受到包裹相位误差的影响，从而难以实现高精度的三维测量。

发明内容

本发明提供了一种基于离焦度解包裹的结构光三维测量方法及装置，解决了现有相位解包裹方法因容易受到包裹相位误差的影响而难以实现高精度的三维测量的技术问题。

本发明第一方面提供一种基于离焦度解包裹的结构光三维测量方法，包括：

获取由相机在不同条纹宽度的二值条纹离焦投影至待测物体后采集到的对应条纹图像，以及，获取在所述二值条纹离焦投影至待测物体前已标定好的离焦相位函数，所述离焦相位函数用于表示离焦度与相位的函数关系；

基于N步相移法对所述对应的条纹图像进行相位解调以得到包裹相位；

根据不同条纹宽度的二值条纹的调制度计算离焦度，将计算得到的离焦度代入所述离焦相位函数，求解得到对应的归一化参考相位，基于所述归一化参考相位对所述包裹相位进行相位解包裹，得到绝对相位；

根据所述绝对相位，使用三角测距重建三维点云。

根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述根据不同条纹宽度的二值条纹的调制度计算离焦度，包括：

根据下式求解离焦度：

式中，表示所述不同条纹宽度的二值条纹中第1个二值条纹的条纹宽度，示所述不同条纹宽度的二值条纹中第个二值条纹的条纹宽度，表示所述不同条纹宽度的二值条纹中第个二值条纹的条纹宽度，值等于二值条纹总数，为待求解的离焦度，表示所述第1个二值条纹的调制度，表示所述第个二值条纹的调制度，表示所述第个二值条纹的调制度。

根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述将计算得到的离焦度代入所述离焦相位函数，求解得到对应的归一化参考相位，基于所述归一化参考相位对所述包裹相位进行相位解包裹，得到绝对相位，包括：

将计算得到的离焦度代入下列离焦相位函数，求解得到对应的归一化参考相位：

式中，是相机的像素坐标，表示在像素坐标下的归一化参考相位，、和为离焦相位函数在像素坐标下的系数，为在像素坐标下的离焦度；

基于求解的归一化参考相位，按照下式进行相位解包裹，得到绝对相位：