專利名稱：數(shù)字散斑投影和相位測量輪廓術相結合的三維數(shù)字成像方法
技術領域：
本發(fā)明屬于三維數(shù)字成像及造型技術，主要是一種數(shù)字散斑投影和相位測量輪廓術相結合的三維數(shù)字成像方法。

背景技術：
三維數(shù)字成像及造型(3DIM-3D Digital Imaging and Modeling)是近年來國際上活躍研究的一個新興交叉學科領域。它被廣泛的應用到反向工程，文物保護，醫(yī)學診斷，工業(yè)檢測以及虛擬現(xiàn)實等諸多方面。作為獲取三維信息的主要手段之一，基于相位測量輪廓術的三維主動視覺系統(tǒng)具有高精度、分辨率高、非接觸、和全場數(shù)據(jù)獲取等優(yōu)點而受到廣泛關注和研究。相位測量輪廓術的基本流程是(1)根據(jù)采集到的條紋圖，利用相位解調算法，解得條紋圖的折疊相位；(2)根據(jù)折疊相位，利用相位展開算法，得到條紋圖的絕對展開相位；(3)根據(jù)左右攝像機的絕對展開相位，利用兩攝像機的極線約束關系查找左右攝像機的對應點；(4)根據(jù)對應點和三維數(shù)字成像系統(tǒng)的標定參數(shù)，采用三維重建算法得到空間三維坐標點。左右攝像機對應點對查找的準確度和精確度，決定了相位測量輪廓術的三維重建精度。左攝像機的一點在右攝像機上的對應點是唯一的。而其中絕對展開相位的獲取方法是確保左右攝像機對應點查找的準確性的關鍵。為了獲取絕對相位，Huntley等人提出了一系列的時間相位展開算法，通過在時間維投射多種頻率的正弦條紋圖，對條紋圖進行相位解調，得到折疊相位。利用低頻相位展開高頻相位，最后對高頻相位利用極線約束關系查找左右攝像機的對應點。這種算法解相位完全自動化、計算速度快、精度高，缺點在于，需要采集多幅條紋圖(一般為12~16幅)，采集速度慢。
Hu等人提出了一種在條紋圖的基礎上加投一根中心亮線，利用中心亮線確定零級次的條紋位置，然后根據(jù)零級次的條紋位置利用空間相位展開算法，從零級次條紋開始依次展開，最后得到條紋的絕對展開相位。這種方法的優(yōu)點是只需要在正弦條紋的基礎上加投一幅圖即可獲取絕對相位，缺點是只對曲面連續(xù)的物體有效，對于含有多個孤立曲面的物體，由于曲面的不連續(xù)，不能正確判斷條紋級次，導致展開錯誤。因此這種算法的應用較為有限。
而另外一種三維數(shù)字成像技術——數(shù)字散斑投影雙目立體視覺成像技術，通過投影一幅數(shù)字散斑圖至物體上，經兩個或者多個攝像機采集，利用極線幾何約束和圖像相關算法，查找對應點，最后根據(jù)攝像機的內外參數(shù)重建成三維點。具有采集速度快、受環(huán)境光影響小的優(yōu)點，缺點是算法計算量大，數(shù)據(jù)精確度較低。
近年來，在一些應用領域(例如在線檢測、人體數(shù)據(jù)的三維采集等)對三維成像系統(tǒng)的采集速度、計算速度和數(shù)據(jù)精度都提出了較高的要求。因此，我們希望三維數(shù)字成像系統(tǒng)能夠同時滿足高采集速度，高計算速度和高數(shù)據(jù)精度等技術指標。


發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是克服現(xiàn)有方法存在的不足，提供一種同時滿足高采集速度，高計算速度和高數(shù)據(jù)精度等技術指標的穩(wěn)定的數(shù)字散斑投影和相位測量輪廓術相結合的三維數(shù)字成像方法，擴大三維數(shù)字成像技術的應用領域。
本發(fā)明的技術解決方案是這種數(shù)字散斑投影和相位測量輪廓術相結合的三維數(shù)字成像方法，具體步驟如下 (1)在測量現(xiàn)場，構建由數(shù)字投影儀和兩個攝像機組成的三維數(shù)字成像傳感器，且設備位置相對固定，在傳感器的測量范圍內放置被測物體，物體需擺放在兩個攝像機都可見的位置； (2)順序操作如下投射，采集過程 a)由計算機生成一幅數(shù)字散斑圖案，用數(shù)字投影儀向被測物體投射，數(shù)字散斑圖被物體的高度調制發(fā)生變形，產生調制后的數(shù)字散斑圖，兩個攝像機采集經物體調制的數(shù)字散斑圖，并存儲到計算機中； b)由計算機生成一幅正弦條紋圖案，用數(shù)字投影儀向被測物體投射，由于受物體高度變化的影響，條紋圖案產生變形；被測物體的高度信息被編碼在變形后的正弦條紋圖案內，兩個攝像機采集編碼條紋圖，并存儲到計算機中； (3)如此，得到了4幅圖像，兩幅散斑圖，兩幅編碼條紋圖，然后對圖像進行處理 a)對編碼條紋圖利用相位解調算法，提取左右攝像機折疊相位圖Φl、Φr； b)根據(jù)折疊相位值Φl、Φr，利用左右兩個攝像機的極線幾何約束關系，對左攝像機上的一點Pl查找右攝像機上的一系列對應點(Pr1-Prn)； 對左攝像機上的一點Pl，折疊相位值為Φl(Pl)，在點Pl在右攝像機上的對應極線上查找對應匹配點，右攝像機對應極線上點的折疊相位值為Φr(Pr1)～Φr(PrN)；設定相位差閾值ΔΦ，當(Φr(Pr1)～Φr(PrN))與Φl(Pl)的差值的絕對值小于ΔΦ時，則可以確定左攝像機上的點Pl在右攝像機上的一系列對應匹配點(Pr1～Prn)； c)根據(jù)采集到的數(shù)字散斑圖，在點Pl位置處，以點Pl為中心取一設定大小(5×5～11×11)的矩形子圖，分別以右攝像機對應點(Pr1～PRn)為中心，取同樣大小的矩形子圖，計算左右攝像機子圖間的相關系數(shù)(Corr_1～Corr_n)，比較相關系數(shù)大小，相關系數(shù)最大值為Corr_max；設定相關系數(shù)閾值T，如果Corr_max大于T，則可以確定左攝像機上的點Pl在右攝像機上的唯一對應匹配點Pr； d)對左右攝像機所有的圖像點，進行(a)、(b)、(c)的處理，得到全部的對應點對； (4)三維數(shù)字成像系統(tǒng)的標定參數(shù)，將對應點對重建成三維點云數(shù)據(jù)。
作為優(yōu)選，提取左右攝像機折疊相位圖Φl、Φr具體步驟如下 (1)、計算機產生正弦條紋案，傳輸給數(shù)字投影儀，數(shù)字投影儀將正弦條紋投射至樣品表面并經過樣品表面高度編碼變形以后，被攝像機采集到的編碼條紋光強分布表示為
在(1)式中，I(x，y)為記錄到的物面光強分布，a(x，y)為背景光強分布，b(x，y)為條紋的局部對比度，f0為載波頻率，

是相位因子； (2)、對式(1)進行傅立葉變換，在頻譜±f0處得到帶有信號

信息的頻譜，經過帶通濾波得到+1或者-1級頻譜，并將其進行逆傅立葉變換既可得到

信息；具體計算過程如下 由歐拉公式可以將式(1)重新寫成 g(x，y)＝a(x，y)+c(x，y)exp(i2πf0x)+c*(x，y)exp(-i2πf0x)(2) 其中，
(3)、經過傅立葉變換、濾波取+1級頻譜，進行逆傅立葉變換運算后可以得到c(x，y)，結合歐拉公式，折疊相位

可以求得
(4)、根據(jù)相位解調算法，得到左右攝像機的折疊相位圖Φl、Φr。
作為優(yōu)選，所述基于極線幾何約束和折疊相位的對應點查找具體步驟為 (1)、當兩個攝像機同時對物體拍攝時，獲得左右攝像機圖像Il和Ir，如果ml和mr是空間一點M在兩圖像上的投影點，稱ml和mr為對應點；令Cl和Cr分別是兩個攝像機的光心，點mr在線lr上，稱lr為在圖像Ir上對應于點ml(位于圖像Il上)的極線；令(Rt)為第二個攝像機相對于第一攝像機的位置變換，Kl，Kr分別為兩攝像機的內參矩陣，R，Kl，Kr是3×3的矩陣，t是3×1的矩陣，由針孔模型推出 公式(4)稱為極線方程，

和

是對應點ml和mr的齊次表示，ml的極線lr表示為左攝像機上的一點ml在右攝像機上的對應點mr必然在ml右攝像機上對應的極線lr上； (2)、通過兩個攝像機的內部參數(shù)Kl，Kr、兩個攝像機的相對姿態(tài)位置R，t和左右攝像機的折疊相位Φl、Φr，利用極線幾何約束確定左右攝像機的對應點； (3)、根據(jù)折疊相位Φl、Φr，對于左攝像機上的一點Pl，相位值為Φl(Pl)，設定一個相位差閾值ΔΦ，沿著該點在右攝像機對應的極線上查找對應點Pri，相位值為Φr(Pri)，當相位差滿足 |Φl(Pl)-Φr(Pri)|＜ΔΦ(6) 則點Pri為點Pl的對應點，對于左攝像機上的點Pl會在右攝像機上查找到一系列的對應點對(Pr1～Prn)。
作為優(yōu)選，找對應點對和重建出三維數(shù)據(jù)點的方法，具體步驟如下 (1)、計算機生成一幅數(shù)字散斑圖案傳給數(shù)字投影儀，數(shù)字投影儀將數(shù)字散斑圖至樣品上，經攝像機采集，以對應點對Pl和(Pr1～Prn)為中心，窗口大小為5×5～11×11，取散斑圖的子圖像；將點Pl的子圖像A與點(Pr1～Prn)的子圖像B(i)做相關計算 其中A、B(i)為子圖像A、B(i)的平均強度值，m，n大于1小于子圖窗口大小 (2)、設定相關系數(shù)的閾值為T，比較所有相關系數(shù)，系數(shù)最大，且大于T的點，確定為左攝像機上的點Pl在右攝像機上的正確對應點Pr； (3)、根據(jù)左右攝像機的對應點對和兩個攝像機的內部參數(shù)Kl，Kr、相對姿態(tài)位置R，t，可以重建出三維數(shù)據(jù)點。
本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明首次將數(shù)字散斑投影和相位測量輪廓術相結合，利用數(shù)字散斑投影采集速度快和相位測量輪廓術成像精度高的優(yōu)點，將兩者相結合用于三維數(shù)字成像。根據(jù)極線幾何約束原理，在極線方向利用折疊相位和數(shù)字散斑圖案快速確定左右攝像機的對應點對。最后利用根據(jù)對應點對和標定參數(shù)重建出三維點運數(shù)據(jù)。本方法最少只需要投影兩幅圖片就可以進行對應點查找和三維重建，可以提高采集速度并且保證較高的精度，特別適合于需要三維快速采集的應用領域。該方法對物體的三維在線檢測、三維人體采集、三維身份識別等領域的應用都有重要意義。



圖1是按照本發(fā)明所述的方法構成的基于數(shù)字散斑投影和相位測量輪廓術的三維數(shù)字成像系統(tǒng)裝置的結構示意圖。
圖2是在立體視覺里極線幾何約束的圖示。
圖3是根據(jù)折疊相位求解左右攝像機對應點的示意圖。
圖4是利用數(shù)字散斑確定對應點的示意圖。

具體實施例方式 下面結合附圖和實施例對發(fā)明作進一步說明 本發(fā)明首次將數(shù)字散斑投影和相位測量輪廓術相結合，利用數(shù)字散斑投影采集速度快和相位測量輪廓術成像精度高的優(yōu)點，將兩者相結合應用于三維數(shù)字成像。
相位解調 如圖1所示，圖中，101為數(shù)字投影儀，102為左攝像機。103為右攝像機，104為計算機，105為樣品。計算機104產生正弦條紋圖，傳輸給數(shù)字投影儀101。數(shù)字投影儀將正弦條紋投射至樣品表面并經過樣品表面高度編碼變形以后，被攝像機采集到的編碼條紋光強分布可以表示為
在(1)式中，I(x，y)為記錄到的物面光強分布，a(x，y)為背景光強分布，b(x，y)為條紋的局部對比度，f0為載波頻率，

是相位因子。相位解調的目的就是要解碼物體表面高度信息的相位函數(shù)
對式(1)進行傅立葉變換，在頻譜±f0處可以得到帶有信號

信息的頻譜，經過帶通濾波得到+1(或者-1)級頻譜，并將其進行逆傅立葉變換既可得到

信息。具體計算過程如下 由歐拉公式可以將式重新寫成 g(x，y)＝a(x，y)+c(x，y)exp(i2πf0x)+c*(x，y)exp(-i2πf0x)(2) 其中，
經過傅立葉變換、濾波取+1級頻譜，進行逆傅立葉變換運算后可以得到c(x，y)，結合歐拉公式，折疊相位

可以求得
根據(jù)相位解調算法，得到左右攝像機的折疊相位圖Φl、Φr。
基于極線幾何約束和折疊相位的對應點查找 如圖2所示，在雙目立體視覺里極線幾何約束的圖示。當兩個攝像機同時對物體拍攝時，獲得左右攝像機圖像Il和Ir。如果ml和mr是空間一點M在兩圖像上的投影點，稱ml和mr為對應點。令Cl和Cr分別是兩個攝像機的光心，點mr在線lr上，稱lr為在圖像Ir上對應于點ml(位于圖像Il上)的極線。令(Rt)為第二個攝像機相對于第一攝像機的位置變換，Kl，Kr分別為兩攝像機的內參矩陣，R，Kl，Kr是3×3的矩陣，t是3×1的矩陣。由針孔模型推出 公式(4)稱為極線方程。

和

是對應點ml和mr的齊次表示。ml的極線lr表示為可以看出，左攝像機上的一點ml在右攝像機上的對應點mr必然在ml右攝像機上對應的極線lr上。
因此只要知道兩個攝像機的內部參數(shù)Kl，Kr、兩個攝像機的相對姿態(tài)位置R，t和左右攝像機的折疊相位Φl、Φr就可以利用極線幾何約束確定左右攝像機的對應點。
根據(jù)折疊相位Φl、Φr，對于左攝像機上的一點Pl，相位值為Φl(Pl)，設定一個相位差閾值ΔΦ，沿著該點在右攝像機對應的極線上查找對應點Pri，相位值為Φr(Pri)，當相位差滿足 |Φl(Pl)-Φr(Pri)|＜ΔΦ(6) 則點Pri為點Pl的對應點。由于折疊相位沿極線方向不具有單調性，因此對于左攝像機上的點Pl會在右攝像機上查找到一系列的對應點對(Pr1～Prn)，如圖3。圖中，701為左攝像機上一點Pl的相位值Φl(Pl)，702為右攝像機對應極線上的相位值Φr(Pri)，703為根據(jù)折疊相位求得的對應點(Pr1～Prn)。
數(shù)字散斑投影確定對應點唯一性 根據(jù)折疊相位和左右攝像機極線幾何約束查找得到的對應點對不具有唯一性。因此計算機生成一幅數(shù)字散斑圖傳給數(shù)字投影儀，數(shù)字投影儀將數(shù)字散斑圖至樣品上，經攝像機采集。以對應點對Pl和(Pr1～Prn)為中心，窗口大小為5×5～11×11，取散斑圖的子圖像。將點Pl的子圖像A與點(Pr1～Prn)的子圖像B(i)做相關計算 其中A、B(i)為子圖像A、B(i)的平均強度值，m，n大于1小于子圖窗口大小。設定相關系數(shù)的閾值為T。比較所有相關系數(shù)，系數(shù)最大，且大于T的點，可以確定為左攝像機上的點Pl在右攝像機上的正確對應點Pr。
根據(jù)左右攝像機的對應點對和兩個攝像機的內部參數(shù)Kl，Kr、相對姿態(tài)位置R，t，可以重建出三維數(shù)據(jù)點。
本發(fā)明方法的具體步驟如下 (1)在測量現(xiàn)場，構建由數(shù)字投影儀和兩個攝像機組成的三維數(shù)字成像傳感器，且設備位置相對固定。在傳感器的測量范圍內放置被測物體，物體需擺放在兩個攝像機都可見的位置。
(2)順序操作如下投射，采集過程 a)由計算機生成一幅數(shù)字散斑圖案。用數(shù)字投影儀向被測物體投射，數(shù)字散斑圖被物體的高度調制發(fā)生變形，產生調制后的數(shù)字散斑圖。兩個攝像機采集經物體調制的數(shù)字散斑圖，并存儲到計算機中。
b)由計算機生成一幅正弦條紋圖案。用數(shù)字投影儀向被測物體投射，由于受物體高度變化的影響，條紋圖案產生變形。被測物體的高度信息被編碼在變形后的正弦條紋圖案內。兩個攝像機采集編碼條紋圖，并存儲到計算機中。
(3)如此，得到了4幅圖像，兩幅散斑圖，兩幅編碼條紋圖，然后對圖像進行處理 a)對編碼條紋圖利用相位解調算法，提取左右攝像機折疊相位圖Φl、Φr； b)根據(jù)折疊相位值Φl、Φr，利用左右兩個攝像機的極線幾何約束關系，對左攝像機上的一點Pl查找右攝像機上的一系列對應點(Pr1～Prn)； 對左攝像機上的一點Pl(折疊相位值為Φl(Pl))，在點Pl在右攝像機上的對應極線上查找對應匹配點。右攝像機對應極線上點的折疊相位值為(Φr(Pr1)～Φr(PrN))。設定相位差閾值ΔΦ。當(Φr(Pr1)～Φr(PrN))與Φl(Pl)的差值的絕對值小于ΔΦ時，則可以確定左攝像機上的點Pl在右攝像機上的一系列對應匹配點(Pr1～Prn)； c)根據(jù)采集到的數(shù)字散斑圖，在點Pl位置處，以點Pl為中心取一設定大小(5×5～11×11)的矩形子圖，分別以右攝像機對應點(Pr1～PRn)為中心，取同樣大小的矩形子圖。利用數(shù)字圖像相關算法，計算左右攝像機子圖間的相關系數(shù)(Corr_1～Corr_n)。比較相關系數(shù)大小，相關系數(shù)最大值為Corr_max。設定相關系數(shù)閾值T。如果Corr_max大于T，則可以確定左攝像機上的點Pl在右攝像機上的唯一對應匹配點Pr； d)對左右攝像機所有的圖像點，進行(a)、(b)、(c)的處理，得到全部的對應點對； (4)根據(jù)三維數(shù)字成像系統(tǒng)的標定參數(shù)，將對應點對重建成三維點云數(shù)據(jù)。
實施例 實際設計的三維數(shù)字成像系統(tǒng)的結構如圖1所示。101為數(shù)字投影儀，102為左攝像機，103為右攝像機，104為計算機，105為樣品。
系統(tǒng)左右攝像機的內外參數(shù)為 左攝像機的內部參數(shù) 右攝像機的內部參數(shù) 左攝像機和右攝像機之間的系統(tǒng)結構參數(shù) 按照上面敘述的步驟，對樣品投射正弦條紋圖和數(shù)字散斑圖，被攝像機采集。根據(jù)采集的條紋圖，求得左右攝像機的折疊相位圖。根據(jù)折疊相位圖和數(shù)字散斑圖，查找對應點(圖3、圖4)，圖4中，801為左右攝像機對應點的相關系數(shù)Corr，802為根據(jù)相關系數(shù)確定的左右攝像機的正確對應點；最終三維重建得到樣品的三維點云。整個過程采集耗時0.3秒，計算耗時2秒，點云數(shù)量為36萬點。
除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍。
權利要求
1、一種數(shù)字散斑投影和相位測量輪廓術相結合的三維數(shù)字成像方法，其特征在于該方法具體步驟如下
(1)在測量現(xiàn)場，構建由數(shù)字投影儀和兩個攝像機組成的三維數(shù)字成像傳感器，且設備位置相對固定，在傳感器的測量范圍內放置被測物體，物體需擺放在兩個攝像機都可見的位置；
(2)順序操作如下投射，采集過程
a)由計算機生成一幅數(shù)字散斑圖案，用數(shù)字投影儀向被測物體投射，數(shù)字散斑圖被物體的高度調制發(fā)生變形，產生調制后的數(shù)字散斑圖，兩個攝像機采集經物體調制的數(shù)字散斑圖，并存儲到計算機中；
b)由計算機生成一幅正弦條紋圖案，用數(shù)字投影儀向被測物體投射，由于受物體高度變化的影響，條紋圖案產生變形；被測物體的高度信息被編碼在變形后的正弦條紋圖案內，兩個攝像機采集編碼條紋圖，并存儲到計算機中；
(3)如此，得到了4幅圖像，兩幅散斑圖，兩幅編碼條紋圖，然后對圖像進行處理
a)對編碼條紋圖利用相位解調算法，提取左右攝像機折疊相位圖Фl、Фr；
b)根據(jù)折疊相位值Фl、Фr，利用左右兩個攝像機的極線幾何約束關系，對左攝像機上的一點Pl查找右攝像機上的一系列對應點(Pr1～Prn)；對左攝像機上的一點Pl，折疊相位值為Фl(Pl)，在點Pl在右攝像機上的對應極線上查找對應匹配點，右攝像機對應極線上點的折疊相位值為Фr(Pr1)～Фr(PrN)；設定相位差閾值ΔΦ，當(Фr(Pr1)～Фr(PrN))與Фl(Pl)的差值的絕對值小于ΔΦ時，則可以確定左攝像機上的點Pl在右攝像機上的一系列對應匹配點(Pr1～Prn)；
c)根據(jù)采集到的數(shù)字散斑圖，在點Pl位置處，以點Pl為中心取一設定大小(5×5～11×11)的矩形子圖，分別以右攝像機對應點(Pr1～PRn)為中心，取同樣大小的矩形子圖，計算左右攝像機子圖間的相關系數(shù)(Corr_1～Corr_n)，比較相關系數(shù)大小，相關系數(shù)最大值為Corr_max；設定相關系數(shù)閾值T，如果Corr_max大于T，則確定左攝像機上的點Pl在右攝像機上的唯一對應匹配點Pr；
d)對左右攝像機所有的圖像點，進行(a)、(b)、(c)的處理，得到全部的對應點對；
(4)三維數(shù)字成像系統(tǒng)的標定參數(shù)，將對應點對重建成三維點云數(shù)據(jù)。
2、根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字散斑投影和相位測量輪廓術相結合的三維數(shù)字成像方法，其特征在于提取左右攝像機折疊相位圖Фl、Фr具體步驟如下
(1)、計算機產生正弦條紋案，傳輸給數(shù)字投影儀，數(shù)字投影儀將正弦條紋投射至樣品表面并經過樣品表面高度編碼變形以后，被攝像機采集到的編碼條紋光強分布表示為
在(1)式中，I(x，y)為記錄到的物面光強分布，a(x，y)為背景光強分布，b(x，y)為條紋的局部對比度，f0為載波頻率，
是相位因子；
(2)、對式(1)進行傅立葉變換，在頻譜±f0處得到帶有信號
信息的頻譜，經過帶通濾波得到+1或者-1級頻譜，并將其進行逆傅立葉變換既可得到
信息；具體計算過程如下
由歐拉公式可以將式(1)重新寫成
g(x，y)＝a(x，y)+c(x，y)exp(i2πf0x)+c*(x，y)exp(-i2πf0x)(2)
其中，
(3)、經過傅立葉變換、濾波取+1級頻譜，進行逆傅立葉變換運算后可以得到c(x，y)，結合歐拉公式，折疊相位
可以求得
(4)、根據(jù)相位解調算法，得到左右攝像機的折疊相位圖Фl、Фr。
3、根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字散斑投影和相位測量輪廓術相結合的三維數(shù)字成像方法，其特征在于所述基于極線幾何約束和折疊相位的對應點查找具體步驟為
(1)、當兩個攝像機同時對物體拍攝時，獲得左右攝像機圖像Il和Ir，如果ml和mr是空間一點M在兩圖像上的投影點，稱ml和mr為對應點；令Cl和Cr分別是兩個攝像機的光心，點mr在線lr上，稱lr為在圖像Ir上對應于點ml(位于圖像Il上)的極線；令(Rt)為第二個攝像機相對于第一攝像機的位置變換，Kl，Kr分別為兩攝像機的內參矩陣，R，Kl，Kr是3×3的矩陣，t是3×1的矩陣，由針孔模型推出
公式(4)稱為極線方程，
和
是對應點ml和mr的齊次表示，ml的極線lr表示為左攝像機上的一點ml在右攝像機上的對應點mr必然在ml右攝像機上對應的極線lr上；
(2)、通過兩個攝像機的內部參數(shù)Kl，Kr、兩個攝像機的相對姿態(tài)位置R，t和左右攝像機的折疊相位Фl、Фr，利用極線幾何約束確定左右攝像機的對應點；
(3)、根據(jù)折疊相位Фl、Фr，對于左攝像機上的一點Pl，相位值為Фl(Pl)，設定一個相位差閾值ΔФ，沿著該點在右攝像機對應的極線上查找對應點Pri，相位值為Фr(Pri)，當相位差滿足
|Фl(Pl)-Фr(Pri)|＜ΔΦ(6)
則點Pri為點Pl的對應點，對于左攝像機上的點Pl會在右攝像機上查找到一系列的對應點對(Pr1～Prn)。
4、根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字散斑投影和相位測量輪廓術相結合的三維數(shù)字成像方法，其特征在于找對應點對和重建出三維數(shù)據(jù)點的方法，具體步驟如下
(1)、計算機生成一幅數(shù)字散斑圖案傳給數(shù)字投影儀，數(shù)字投影儀將數(shù)字散斑圖至樣品上，經攝像機采集，以對應點對Pl和(Pr1～Prn)為中心，窗口大小為5×5～11×11，取散斑圖的子圖像；將點Pl的子圖像A與點(Pr1～Prn)的子圖像B(i)做相關計算
1≤i≤n(7)
其中A、B(i)為子圖像A、B(i)的平均強度值，m，n大于1小于子圖窗口大小
(2)、設定相關系數(shù)的閾值為T，比較所有相關系數(shù)，系數(shù)最大，且大于T的點，確定為左攝像機上的點Pl在右攝像機上的正確對應點Pr；
(3)、根據(jù)左右攝像機的對應點對和兩個攝像機的內部參數(shù)Kl，Kr、相對姿態(tài)位置R，t，可以重建出三維數(shù)據(jù)點。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)字散斑投影和相位測量輪廓術相結合的三維數(shù)字成像方法，步驟為(1)向物體投射一幅隨機數(shù)字散斑圖，經左右兩個攝像機采集；(2)向物體投射正弦條紋圖，并采集相應的編碼條紋圖；(3)計算編碼條紋圖的折疊相位值；(4)根據(jù)折疊相位值，對左攝像機上的一點Pl查找右攝像機上的一系列對應點(Pr1～Prn)；(5)根據(jù)采集到的數(shù)字散斑圖，在點Pl位置處，確定點Pl在右攝像機上的對應點Pr；(6)對左右攝像機的所有點都進行(4)、(5)的處理，求取所有的對應點對；(7)將對應點對重建成三維點云數(shù)據(jù)。本發(fā)明優(yōu)點是該方法成像快速、計算量較小、結果準確，適合于對精度和速度要求都較高的在線三維檢測、動態(tài)三維數(shù)據(jù)采集領域。
文檔編號G01B11/25GK101608908SQ200910100748
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月20日 優(yōu)先權日2009年7月20日
發(fā)明者勁 周, 趙曉波 申請人:杭州先臨三維科技股份有限公司