一种主被动结合的结构光三维测量方法.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CN113916153A(43)申请公布日2022.01.11(21)申请号202111187222.5(22)申请日2021.10.12(71)申请人深圳市其域创新科技有限公司地址518000广东省深圳市南山区粤海街道高新区社区科苑南路3170号留学生创业大厦一期2207(72)发明人黎浩文(74)专利代理机构济南鼎信专利商标代理事务所(普通合伙)37245代理人白守畔(51)Int.Cl.G01B11/25(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图5页(54)发明名称一种主被动结合的结构光三维测量方法(57)摘要本发明公开了一种主被动结合的结构光三维测量方法，主要涉及三维测量领域。包括以下步骤：S1：系统标定获得几何参数；S2：设置条纹图像，根据条纹参数估计相位误差，将相位误差与匹配搜索空间关联，得到匹配搜索范围约束；S3：将S2步骤的条纹图像投影，对图片进行像素匹配并得出匹配结果；S4：以S3步骤得到的像素匹配结果为基础，利用高频条纹的高精度相位值进行亚像素插值，取误差最小的插值作为亚像素匹配结果；S5：根据双目三角化原理得到三维点云。本发明的有益效果在于：避免了相位误差累积、投影仪非线性效应等影响，双目匹配过程简单，计算量较小，可以与多频相移法并行化处理，提高了测量速度。CN113916153ACN113916153A权利要求书1/1页1.一种主被动结合的结构光三维测量方法，包括测量设备，其特征在于：还包括以下步骤：S1：使用高精度棋盘格标定板，放在双目相机共同视场范围内，将采集到的不同位置下的标定板图像进行控制点提取，再利用张氏标定法进行非线性求解，得到系统几何参数，完成双目标定；S2：生成条纹图像，测出成像误差并与条纹频率、相移步数等参数关联，建立相位误差，将相位误差与匹配搜索空间关联，得到匹配搜索范围约束，完成初始化；S3：将S2步骤的条纹图像投影，每个条纹频率使用相移法解码后，首先对图片进行畸变校正，然后根据S2步骤的匹配空间约束进行逐频率相位值匹配，得到粗匹配结果；S4：以S3步骤得到的像素匹配结果为基础，利用高频条纹的高精度相位值进行插值，取误差最小的插值作为亚像素匹配结果；S5：将S4步骤的双目匹配结果，代入标定参数，根据双目三角化原理得到三维点云。2.根据权利要求1所述一种主被动结合的结构光三维测量方法，其特征在于：所述S3步骤中的像素匹配方法为：使用事先根据标定参数计算双目匹配的极线位置，将左右图像极线上、满足当前频率立体匹配搜索约束空间下相位值相似的像素点对保存，在下一频率的包裹相位计算完成后，再进行一次立体匹配，直到所有频率条纹相位值匹配完成。3.根据权利要求2所述一种主被动结合的结构光三维测量方法，其特征在于：所述S3步骤中的条纹频率预设为由低到高，每一次迭代的匹配搜索范围得以减小，选择最后一次迭代得到的点对作为像素匹配的结果。2CN113916153A说明书1/3页一种主被动结合的结构光三维测量方法技术领域[0001]本发明涉及三维测量领域，具体是一种主被动结合的结构光三维测量方法。背景技术[0002]基于光学、非接触式的结构光三维测量技术因具有高精度、高分辨率的特点，已经被广泛应用于工业检测、逆向工程，医学美容，服饰鞋帽的三维建模等场景，其中，条纹结构光是一种典型的高精度三维重建技术，使用数字光处理等技术实现对投影仪的像素编码，然后对相机拍摄到的影像进行解码，利用结构光码值进行像素点匹配，最后使用标定好的几何关系计算出被测物的三维坐标。[0003]条纹结构光通常具有高鲁棒的相移法，其编码由多张行或列方向以正弦分布的条纹图片完成。为了解决相移条纹的编码歧义性，还需要投影额外的图案，以多频相移法为例，实现稳定、无歧义的编码需要投影多组不同频率的正弦条纹，成倍地增加了测量时间；另外一种思路是使用两个相机进行立体匹配来解决编码的歧义性，得到低频条纹的绝对相位后对高频相位进行展开，然而无法避免相位误差累积进而产生错误测量值；若直接对高频条纹进行匹配，频率不能过大，限制了精度的提升，并且伴随着条纹边界误匹配的问题。发明内容[0004]本发明的目的在于提供一种主被动结合的结构光三维测量方法，它不需要标定投影仪或者相位深度映射关系，避免了相位误差累积、投影仪非线性效应等影响，双目匹配过程简单，计算量较小，可以与多频相移法并行化处理，提高了测量速度。[0005]本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：[0006]一种主被动结合的结构光三维测量方法，包括测量设备，还包括以下步骤：[0007]S1：使用高精度棋盘格标定板，放在双目相机共同视场范围内，将采集到的不同位置下的标定板图像进行控制点提取，再利用张氏标定法进行非线性求解，得到