一种基于虚拟双目的条纹结构光三维重建方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114111637A(43)申请公布日2022.03.01(21)申请号202111413425.1(22)申请日2021.11.25(71)申请人天津工业大学地址300387天津市西青区宾水西道399号(72)发明人朱新军侯林鹏宋丽梅王红一武志超(74)专利代理机构天津心知意达知识产权代理事务所(普通合伙)12260代理人杨正律(51)Int.Cl.G01B11/25(2006.01)G06T17/00(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称一种基于虚拟双目的条纹结构光三维重建方法(57)摘要本发明提供了一种基于虚拟双目的条纹结构光三维重建方法，包括构建基于双棱镜的虚拟双目条纹结构光视觉系统；对虚拟双目视觉系统进行标定，获得虚拟双目两个相机的内外参数；向物体投射三频四步正弦条纹图像；使用多频外差解包裹的方法得到分别对应左右虚拟相机的展开相位；根据虚拟相机的内外参数，对展开相位进行极线校正；对左右展开相位进行立体匹配，获得左右展开相位对应匹配点的视差；结合虚拟双目的内外参数，利用视差原理将视差转换为深度信息；根据物体的三维空间坐标生成物体稠密的点云图，完成物体三维重建。本发明解决了传统双目结构光三维重建系统成本高的问题，同时避免了三维重建系统的相机同步稳定性和灰度差异性问题。CN114111637ACN114111637A权利要求书1/2页1.一种基于虚拟双目的条纹结构光三维重建方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：构建基于双棱镜的虚拟双目条纹结构光视觉系统，包括相机、双棱镜以及投影仪；S2：对虚拟双目视觉系统进行标定，获得虚拟双目两个相机的内外参数；S3：向物体投射三频四步12幅正弦条纹图像；S4：使用多频外差解包裹的方法得到分别对应左右虚拟相机的展开相位；S5：根据虚拟相机的内外参数，对展开相位进行极线校正；S6：对左右展开相位进行立体匹配，并获得左右展开相位对应匹配点的视差；S7：结合虚拟双目的内外参数，利用视差原理将视差转换为深度信息；S8：根据物体的三维空间坐标生成物体稠密的点云图，完成物体三维重建。2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟双目的条纹结构光三维重建方法，其特征在于：所述步骤S3中，使用投影仪向被测对象投射三组四步相移光栅条纹，三组光栅条纹的波长分别为16、18和21，通过投影仪触发相机，采集三组四步相移的光栅条纹图像，采集到的四步相移光栅条纹图的光强分布被表示为：其中为某一像素点(x,y)的光强，I'(x,y)为该像素点的背景光强，I(x,y)为该点的调制光强，为该点的相位主值，2πn/N是相移量，n是相移指数，0≤n<N，N为相移的步数。3.根据权利要求2所述的一种基于虚拟双目的条纹结构光三维重建方法，其特征在于：所述步骤S4中，利用步骤S3采集到的四步相移光栅条纹图像，基于四步相移法，得到对应三种不同波长的包裹相位图，包裹相位为：其中j＝1,2,3分别对应三种不同波长的光栅条纹。4.根据权利要求3所述的一种基于虚拟双目的条纹结构光三维重建方法，其特征在于：所述步骤S4中，使用基于多波长的相位展开算法对得到的三组包裹相位进行相位解包裹，最终得到波长为1008的展开相位图，最终算得展开相位值φ1(x,y)为：其中，Round()为最近取整函数。5.根据权利要求1所述的一种基于虚拟双目的条纹结构光三维重建方法，其特征在于：所述步骤S5中，使用多波长相位展开方法得到展开相位后，依据双目标定的结果对展开相位图像进行极线校正，使得左右展开相位中的对应点在同一水平线上。6.根据权利要求5所述的一种基于虚拟双目的条纹结构光三维重建方法，其特征在于：所述步骤S5中得到的校正后的左右展开相位使用立体匹配算法进行匹配得到左右展开相位中各点对应的视差。7.根据权利要求6所述的一种基于虚拟双目的条纹结构光三维重建方法，其特征在于：2CN114111637A权利要求书2/2页所述步骤S6中得到的展开相位各点对应的视差通过深度转转换公式z＝fb/d得到的视差值转换为被测物体的深度信息，其中，f为相机的焦距，b为两个虚拟相机光心的距离，d为得到的视差，z为所求的深度信息。8.一种基于虚拟双目的条纹结构光三维重建装置，其特征在于，包括：视觉系统构建模块，用于构建基于双棱镜的虚拟双目条纹结构光视觉系统，包括相机、双棱镜以及投影仪；标定模块，用于对虚拟双目视觉系统进行标定，获得虚拟双目两个相机的内外参数；条纹投射模块，用于向物体投射三频四步12幅正弦条纹图像；相位展开模块，用于使用多频外差解包裹的方法得到分别对应左右虚拟相机的展开相位；极线校正模块，用于根据虚拟相机的内外参数，对展开相位进行极线校正；立体匹配模块，用于对左右展开相位进行