[发明专利]一种面向视觉结构光的三维重建方法及系统

说明书

本发明提出了一种面向视觉结构光的三维重建方法及系统，属于三维重建的技术领域。其中方法具体包括以下步骤：步骤1、读取信息采集设备的标定参数；步骤2、基于结构光的构建，通过信息采集设备获取目标图像数据并进行信息采集设备的参数标定；步骤3、对图像数据进行图像校正；步骤4、根据图像数据进行立体匹配获取三维立体数据位置；步骤5、基于匹配点实现三维重建。本发明通过将目标对象信息转换为数字信号，计算机读取数字信号并进行三维图像处理，实现三维图像重建。同时在图像分析过程中采用背景差分和相位滤波的方法克服实际应用过程中模型边缘会出现的毛刺问题。

技术领域

本发明涉及三维重建的技术领域，特别涉及一种面向视觉结构光的三维重建方法及系统。

背景技术

结构光是一组由投影仪和摄像头组成的系统结构，通过投影仪投射特定的光信息到物体表面及背景后，采用摄像头采集，并根据物体造成的光信号变化计算物体的位置和深度信息，从而实现三维空间的复原。

现有技术中，随着及其视觉技术的发展，双目立体视视觉技术受到了行业内的广泛关注。在实际工业作业的过程中，由于工业产品的表面缺陷检测常采用二维检测的方式，通过平行光源打光的方式，根据产品缺陷及纹理的反光度不同进行检测。此种方式只能针对缺陷明显的产品，受限程度大，无法实现对复杂产品的高精度检测需求。

发明内容

发明目的：提出一种面向视觉结构光的三维重建方法及系统，以解决现有技术存在的上述问题。通过将目标对象信息转换为数字信号，计算机读取数字信号并进行三维图像处理，实现三维图像重建。同时在图像分析过程中采用背景差分和相位滤波的方法克服实际应用过程中模型边缘会出现的毛刺问题。

技术方案：第一方面，提出了一种面向视觉结构光的三维重建方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤1、读取信息采集设备的标定参数；

步骤2、基于结构光的构建，通过信息采集设备获取目标图像数据并进行信息采集设备的参数标定；

步骤3、对图像数据进行图像校正；

步骤4、根据图像数据进行立体匹配获取三维立体数据位置；

步骤5、基于匹配点实现三维重建。

在第一方面的一些可实现方式中，结构光为一组编码光，用于投射到待测目标物表面，产生高度起伏并发生形变，进一步通过变形的光栅获取物体表面的特征信息。

在第一方面的一些可实现方式中，在匹配获取三维立体数据位置的过程中，采用多频外差相位展开的方式，将像素绝对化，从而使得每一个像素都能具有自己唯一的位置，将相位信息转化成高度信息，实现精准的双目相位匹配。

其中，多频外差相位展开的具体过程为将两种不同频率的相位函数叠加到一种频率更低的相位函数，通过包裹相位之差合成全局相位。

进一步的，两个相移编码周期，即编码条纹宽度分别为T₁和T₂，T₁₂为相位差周期，根据频拍信号频率表达式：

当T₁₂足够大时，便会覆盖整个信息采集设备的视野，此时双频外差的处理结果将由小周期扩展到一个大周期内，当频率差为1时，可以达到全场范围内只有一个周期的目的，实现展开仅与频率相位有关，不受颜色影响。

在第一方面的一些可实现方式中，实现多频外差计算的具体步骤如下：

步骤①、获取出图像数据的相位主值；

步骤②、叠加不同频率的相位主值，得到整幅图像只有一个周期的相位值1；

步骤③、最后周期相位反计算相位主值的连续相位。