[发明专利]基于偏振条纹投影的三维测量方法、系统、设备和介质

说明书

本公开涉及三维测量领域，具体涉及一种基于偏振条纹投影的三维测量方法、系统、设备和介质，提出偏振编码结合相移技术，在面对闪亮表面的高动态范围3D形状测量时能有更高的效率和稳定性；在强光条件下稳定地重建三维几何物体；该方法用偏振编码图取代了传统的灰度编码图，能够明显抑制二值化后的白色条纹边缘对黑色条纹的扩散现象，以帮助相移图案进行相位展开，虽然测量对象拥有HDR表面，但能准确地获得相应的相位周期，有效地抑制了高光引起的相位边缘跳变误差，提高了相位展开的鲁棒性。

技术领域

本公开涉及三维测量领域，具体涉及基于偏振条纹投影的三维测量方法、系统、设备和介质。

背景技术

在经典的格雷码加相移法中，由相移图计算所得的包裹相位在展开时，需要格雷码图来编码级次周期，使得展开的相位具有唯一性和连续性。这里要求获得的格雷码图像能够准确编码级次，而条纹边缘黑白转化不能利落地完成，也就是边缘模糊，且在面对高反射率物体时，这个问题会被放大，白色条纹边缘对黑色条纹的扩散现象更加严重，这样就会导致相位级次编码错误，进而不能够正确地进行相位展开。现有技术（Zhu Z , You D ,Zhou F , et al. Rapid 3D reconstruction method based onPolarization-enhancedfringe pattern of HDR object[J]. Optics Express, 2020,29(2)）尝试采用偏振增强条纹图案策略来实现相位展开，但是该种方法需要投多幅偏振图，而且效率也有待提高。

发明内容

本公开提供一种基于偏振条纹投影的三维测量方法、系统、设备和介质，能够有效抑制了高光导致的相位边沿跳变错误，从而提高了相位展开的鲁棒性。本公开提供以下技术方案来解决上述技术问题：

作为本公开实施例的一个方面，提供一种基于偏振条纹投影的三维测量方法，包括如下步骤：

获取偏振编码图；

根据偏振编码图进行N步相移得到N幅正弦条纹图，所述N为大于等于3的自然数；

将所述偏振编码图转换为灰度图像；

将所述灰度图像进行二值化处理；所述二值化处理包括如下步骤：选取N幅正弦条纹图每个像素的均值作为二值化阈值得到阈值图像；将灰度图像与所述阈值图像的每个对应像素进行对比得到编码图像；

引入第N+1幅偏振编码图，得到与周期级次N₁(x,y)相隔半个相位周期的周期级次N₂(x,y)；

根据获得的周期级次N₁(x,y)和周期级次N₂(x,y)协助包裹相位进行相位展开得到连续相位。

较佳地，根据偏振编码图进行N步相移得到N幅正弦条纹图之后还包括如下步骤：

利用所述N幅正弦条纹图计算每个位置的相位差；

根据所述相位差与深度的映射关系获取物体的深度信息。

较佳地，所述N为4时，则4幅正弦条纹图I_n(x,y)表达式为：

，n=1,2,3,4；

其中，A(x,y)是背景强度，B(x,y)是强度调制参量， φ(x,y)是需要计算的相位值；n是正弦条纹图的幅数，n步相移即有n幅正弦条纹图；

所述偏振编码图I(x,y)表达式为：

，其中，R(x,y)是物体表面反射率；

通过4步相移得到包裹相位：

。

较佳地，所述阈值图像T_h(x,y)的表达式为：

，

其中，n是正弦条纹图的幅数，n步相移即有n幅正弦条纹图。