一种基于结构光场成像的三维轮廓测量方法.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CN109506589A(43)申请公布日2019.03.22(21)申请号201811588196.5(22)申请日2018.12.25(71)申请人东南大学苏州医疗器械研究院地址215163江苏省苏州市高新区锦峰路8号医疗器械产业园1号楼3楼(72)发明人周平于云雷张玉婷(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人奚幼坚(51)Int.Cl.G01B11/24(2006.01)权利要求书3页说明书9页附图2页(54)发明名称一种基于结构光场成像的三维轮廓测量方法(57)摘要一种基于结构光场成像的三维轮廓测量方法，其特征在于，建立由光场相机与投影仪构成的成像系统，投影仪向被测物体投射原始编码光栅，光场相机拍摄经被测物体轮廓调制后的编码光栅图像，对光场相机所拍摄得到的经被测物体轮廓调制后的编码光栅图像进行解码，根据解码后所得信息对物体轮廓进行三维重建；将三维轮廓测量问题归结为求解含有物点三维坐标三个未知数的三个方程，其中，对成像系统进行标定后，由待测物体成像于光场相机中心子孔径图像的过程确定二个方程，由采用解码后的图像信息确定第三个方程，通过求解上述三个方程构成的方程组，实现三维轮廓测量。CN109506589ACN109506589A权利要求书1/3页1.一种基于结构光场成像的三维轮廓测量方法，其特征在于，建立由光场相机与投影仪构成的成像系统，投影仪向被测物体投射原始编码光栅，光场相机拍摄经被测物体轮廓调制后的编码光栅图像，对光场相机所拍摄得到的经被测物体轮廓调制后的编码光栅图像进行解码，根据解码后所得信息对物体轮廓进行三维重建；将三维轮廓测量问题归结为求解含有物点三维坐标三个未知数的三个方程，其中，对成像系统进行标定后，由待测物体成像于光场相机中心子孔径图像的过程确定二个方程，由采用解码后的图像信息确定第三个方程，通过求解上述三个方程构成的方程组，实现三维轮廓测量。2.根据权利要求1所述的基于结构光场成像的三维轮廓测量方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，以光场相机和投影仪构建成像系统，对该成像系统进行标定：投影仪向标定板投射原始编码光栅，光场相机拍摄得到经标定板调制的编码图像，采用传统的双目立体视觉标定方法，首先将投影仪视作“反相机”，对光场相机拍摄的调制编码图像进行解码，得到标定板特征点的编码信息，然后对光场相机丰富的光线信息处理，获得标定板特征点的深度信息，进而建立标定板特征点的编码信息与深度之间的对应关系，生成投影仪的DMD图像，最后，以光场相机的中心子孔径图像和投影仪的DMD图像为基础，得到投影仪和光场相机的内外参数矩阵：其中，M1为光场相机的内参矩阵，M2为光场相机的外参矩阵，d为光场相机的微透镜直径，hm′为光场相机的主透镜所在平面到微透镜所在平面的距离，(x0,y0)为光场相机中心子孔径图像的中心像素坐标，RL、TL分别为世界坐标系到光场相机坐标系的旋转矩阵和平移向量；其中，M3为投影仪的内参矩阵，M4为投影仪的外参矩阵，fx为投影仪透镜的横向焦距，fy为投影仪透镜的纵向焦距，(xd0,yd0)为DMD图像的中心像素坐标，RP、TP分别为世界坐标系到投影仪坐标系的旋转矩阵和平移向量；第二步，投影仪向被测物体投射编码光栅，用光场相机拍摄被测物体，得到经被测物体调制的编码图像；第三步，根据光场相机的成像模型，得到两个方程；对于空间一点P＝(xw,yw,zw)T，其经光场相机成像，在中心子孔径图像中的像为满足如下关系：2CN109506589A权利要求书2/3页将其写成含有二个方程的方程组形式即为：wwwT其中，(x,y,z)为待求解坐标，l1～l4、r1～r9、t1～t3为光场相机标定参数，为中心子孔径图像的像素坐标；第四步，基于光场相机的中心子孔径图像，计算被测物体的包裹相位；光场相机的中心子孔径图像能够等效于传统相机拍摄所得的条纹图，中心子孔径图像信息包含背景光强、调制光栅信息、噪声信息，对中心子孔径图像进行处理，获得被测物体的包裹相位；第五步，基于光场相机极图和内、外参数矩阵M1、M2，计算物点坐标并重投影至DMD图像平面，得到被测物体的重投影相位，光场相机记录了光线的位置信息和方向信息，而二维极图同时反映光线的位置和方向信息，基于极图理论并应用包括结构张量、深度学习算法计算检测直线斜率,实现深度估计，然后根据光场相机的内外参数矩阵M1、M2得到初始的三维坐标，最后根据投影仪内外参数矩阵M3、M4将物点重投影至DMD图像平面，得到被测物体的重投影相位；第六步，用被测物体的包裹相位校正被测物体的重投影相位，实现包裹相位的解包裹，根据解包裹相位和投影仪成像模型建立第三个方程；若深度估计准确，则重投影相位即为最终解包