一種單幀彩色條紋三維成像方法與流程

本發明涉及三維成像，尤其涉及一種單幀彩色條紋三維成像方法。

背景技術：

1、隨著機器學習、測量技術日益豐富的信息時代，以及工業生產制造效率的不斷提高，快速、準確的測量物體三維形貌的需求也日趨增大，通過采集物體的顏色、輪廓和邊緣特征以還原物體的實際形貌和尺寸。在自動化識別、工業在線檢測、機器人視覺、生物醫學等領域，三維測量已經成為最基本的需求。相較于傳統的接觸式三維測量方法，非接觸式的三維測量技術因不與被測物體接觸，具有快速的計算和處理能力，并且其精度較高，成為最具有發展前景的三維形貌測量方法。在以此為基礎的非接觸三維成像方法中，基于相位測量的條紋投影三維成像方法脫穎而出，其優點是測量過程中使用非相干光源，但能達到相干光源的測量精度。通過向物體投射條紋圖像，經過物體調制后，由ccd相機拍攝以此獲取畸變的條紋圖像，最后對相位信息進行解調從而恢復物體的三維表面形貌。

2、在基于相位測量的條紋投影三維成像方法，多幀成像方法，如相移輪廓術，需要在不同時間采集多幅圖像，具有高分辨率、高精度等優點，但需要至少三幀圖像，且在快速測量時會引入動態誤差，致使其在快速三維成像領域應用中受限。單幀成像方法，如傅里葉輪廓術、小波變換輪廓述和s變換等，僅利用一幀圖像即可計算物體的三維形貌，其測量速度快，但針對復雜面形物體，由于濾波運算不可避免地會濾除有用信息，難以保持物體的測量細節。同時，頻域濾波運算也增加了成像算法的復雜度。

技術實現思路

1、本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。

2、本發明提供了一種單幀彩色條紋三維成像方法，該單幀彩色條紋三維成像方法包括：將一幀彩色圖像投射至待測物體上，由相機獲取物體的彩色畸變圖像，其中，在彩色圖像的r通道和b通道中編碼兩幀相移正弦條紋；采用顏色分離方法從彩色畸變圖像中分離并獲取彩色畸變圖像r和b通道中兩幀相移條紋圖像；基于獲取的兩幀相移條紋圖像，采用無濾波的橢圓算法獲取被測物體的相位分布；根據獲取的被測物體的相位分布，基于物體的相位-高度映射公式恢復物體的三維形貌數據。

3、進一步地，彩色畸變圖像的表達式為其中，i表示相機捕獲的一幀彩色畸變圖像的光強分布；ar和ab別對應于彩色圖像r和b通道中的背景強度；br和bb分別表示彩色圖像r和b通道中的調制度；為被測物體的相位分布；π/3表示彩色圖像r和b通道中兩幀條紋的相移量；(x，y)為彩色畸變圖像的光強位置。

4、進一步地，分離獲取的兩幀相移條紋圖像的表達式分別為和其中，ir和ib分別表示從彩色畸變圖像中分離出的兩幀相移條紋圖像的光強分布；ar和ab分別表示從彩色畸變圖像r和b通道中分離出的背景強度；br和bb分別表示從彩色畸變圖像r和b通道中分離出的調制度；δ為從彩色畸變圖像r和b通道中分離的兩幀相移條紋相移量。

5、進一步地，被測物體的相位分布為：其中，

6、進一步地，物體的相位-高度映射公式為其中，l為三維成像裝置中相機到物體的垂直距離；d為投射光源到相機的距離；f為彩色畸變圖像的頻率；h為物體的三維形貌數據。

7、應用本發明的技術方案，提供了一種單幀彩色條紋三維成像方法，該單幀彩色條紋三維成像方法將兩幀相移正弦條紋編碼在彩色圖像的r和b通道中，獲取物體的彩色畸變圖像，從中分離并獲取兩幀相移條紋圖像，采用無濾波的橢圓算法和物體的相位-高度映射公式恢復物體的三維形貌數據。本發明的單幀彩色條紋三維成像方法具有強魯棒性、高精度、快速成像，能夠保留物體更多的細節信息，為高速三維測量領域的發展提供了技術支撐。與現有技術相比，本發明的技術方案能夠解決現有技術中采用單幀圖像重建物體的三維形貌存在算法復雜和物體測量形貌細節不足的技術問題。

技術特征：

1.一種單幀彩色條紋三維成像方法，其特征在于，所述單幀彩色條紋三維成像方法包括：

2.根據權利要求1所述的單幀彩色條紋三維成像方法，其特征在于，彩色畸變圖像的表達式為其中，i表示相機捕獲的一幀彩色畸變圖像的光強分布；ar和ab別對應于彩色圖像r和b通道中的背景強度；br和bb分別表示彩色圖像r和b通道中的調制度；為被測物體的相位分布；π/3表示彩色圖像r和b通道中兩幀條紋的相移量；(x,y)為彩色畸變圖像的光強位置。

3.根據權利要求2所述的單幀彩色條紋三維成像方法，其特征在于，分離獲取的兩幀相移條紋圖像的表達式分別為和其中，ir和ib分別表示從彩色畸變圖像中分離出的兩幀相移條紋圖像的光強分布；ar和ab分別表示從彩色畸變圖像r和b通道中分離出的背景強度；br和bb分別表示從彩色畸變圖像r和b通道中分離出的調制度；δ為從彩色畸變圖像r和b通道中分離的兩幀相移條紋相移量。

4.根據權利要求3所述的單幀彩色條紋三維成像方法，其特征在于，被測物體的相位分布為：其中，

5.根據權利要求4所述的單幀彩色條紋三維成像方法，其特征在于，物體的相位-高度映射公式為其中，l為三維成像裝置中相機到物體的垂直距離；d為投射光源到相機的距離；f為彩色畸變圖像的頻率；h為物體的三維形貌數據。

技術總結
本發明提供了一種單幀彩色條紋三維成像方法，該單幀彩色條紋三維成像方法包括：將一幀彩色圖像投射至待測物體上，由相機獲取物體的彩色畸變圖像，其中，在彩色圖像的R通道和B通道中編碼兩幀相移正弦條紋；采用顏色分離方法從彩色畸變圖像中分離并獲取彩色畸變圖像R和B通道中兩幀相移條紋圖像；基于獲取的兩幀相移條紋圖像，采用無濾波的橢圓算法獲取被測物體的相位分布；根據獲取的被測物體的相位分布，基于物體的相位?高度映射公式恢復物體的三維形貌數據。本發明的單幀彩色條紋三維成像方法具有強魯棒性、高精度、快速成像，能夠保留物體更多的細節信息，為高速三維測量領域的發展提供了技術支撐。

技術研發人員：朱進進,劉忠誠,張妍,周維民,陳占,朱曉林,李華
受保護的技術使用者：海鷹航空通用裝備有限責任公司
技術研發日：
技術公布日：2025/3/13