圖像中一定量誤差導(dǎo)致的噪 聲?；叵胍幌拢瑪z像機圖像是由大量像素構(gòu)成，每一個像素通過等式（1.2)限定，每一個像 素的AV忠和rT的值不同。上標(biāo)"c"表示取決于攝像機傳感器（"攝像機空間"）中參考 的像素位置的值。為了從根據(jù)等式1. 2投影的像素獲得相位項，下面為每一個k執(zhí)行獨特 表達(dá)：
[0030]
[0031] 其中，如前述，/表示投影圖像的空間坐標(biāo)。在本文下面的示例01中，其中，K被 設(shè)置為2,必須確定用于k= 1和k= 2(例如，用于兩個疊加正弦曲線）的情況下的相位 項。圖8A和圖8B是計算機生成/實施的圖像的復(fù)制品；圖8C是圖8B的舉例來說由編號 為1-10的代表性條紋的放大視圖。圖8A是表示在f= 1 (單頻）的情況下用于k= 1的 相位的圖像。圖8B和圖8C是表示在f= 20 (S卩，高頻正弦曲線）的情況下用于k= 2的 相位的圖像的復(fù)制。注意的是，圖5B/圖5C中條紋狀圖案具有20個條紋。
[0032] 在利用等式（1. 1)的k= 2的情況，應(yīng)用時間展開技術(shù)時，可確定投影的像素將滿 足
[0033]
[0034] 其中，這導(dǎo)致20個條紋（例如，如圖8B所示的投影在人手上的圖案，為了更好的 觀察條紋，其放大圖標(biāo)記在圖8C中），必須確定每一個特定像素落在已投影圖像（例如，圖 8C)的20個條紋中的哪一個。利用傳統(tǒng)相位展開方法來確定每一個像素落在已投影圖像的 地方將需要"條紋計數(shù)"的數(shù)學(xué)形式，其在計算上是相當(dāng)繁重的。
[0035] 相反，根據(jù)本發(fā)明，對于第二組圖案（k= 1)，所有單頻正弦曲線（即，f= 1)與高 頻正弦曲線，例如k= 2圖案中的20個條紋中的一個疊加。單頻信號通過等式1. 1的變形 來限定
[0036]
[0037] 因此，不是將總數(shù)為N的圖案投影至感興趣表面輪廓上，現(xiàn)在存在2*N個投影圖案 (使得K= 2且每一個從投影儀投影的像素由雙頻圖案組成，一個圖案是單頻正弦曲線，第 二是高頻正弦曲線）。然而，根據(jù)本發(fā)明的申請人的技術(shù)非常獨特的是，利用等式（1.1)投 影的多個像素"即刻可解碼"使得與投影儀和攝像機單元通信的計算機化裝置的計算機化 處理單元（CPU)這時已經(jīng)具有確定（緊密足夠）每一個投影像素處于哪一個條紋中的數(shù)據(jù) 和方法同時根據(jù)等式1. 3確定攝像機圖像（像素強度g)的2πf2/ (即，相位），下面，為 方便參考，再次重現(xiàn)：
[0038]
[0039] 為了進(jìn)行高頻正弦曲線的相位展開，可采取下列步驟：
[0040]
[0041]
[0042]
[0043] 最終相位=溫度相位+高相位* (2π/f2)
[0044] 或者，匯總于圖19中完成的偽代碼速記符號，在上述計算步驟可改寫為：
[0045] 單元相位=arctan(cosSumKl/sinSumKl);
[0046] 高相位=arctan(cosSumK2/sinSumK2)/F2 ;
[0047] 溫度相位=round((單元相位-高相位）/ (2*PI) *F2);
[0048] 最終相位=溫度相位+高相位*2*PI/F2
[0049] 第一疊加正弦曲線和第二疊加正弦曲線可包括例如下面在示例01所記錄的，疊 加在高頻正弦曲線上的單頻正弦曲線（在上下文中，"單（unit)"指具有幅度值1)，從多個 像素的投影單元或投影儀同時投影單頻正弦曲線和高頻正弦曲線（即，有效地在η個幀的 所選的時刻/持續(xù)時間期間"在彼此頂部"），使得每個投影像的像素滿足表達(dá)式：
[0050]
[0051] 其中，/,f是投影儀中像素的強度，Ap、Sf和柯被設(shè)成常數(shù)使得G的值落入目標(biāo)強 度范圍之間（例如，對于8位彩色深度投影儀，在0和255之間），fh是正弦曲線的最大頻 率，fu是正弦曲線的"單"頻。在解調(diào)步驟使用單頻信號/正弦曲線來暫時產(chǎn)生可解碼展開 的相位項。
[0052] 另外，處理包括通過對至少一個圖像捕獲裝置獲取的視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行基于查找 表（LUT)處理的投影圖案的解碼。進(jìn)行解碼步驟以實時提取關(guān)于感興趣表面形狀的坐標(biāo)信 息?；贚UT的處理包括執(zhí)行（或查詢）預(yù)計算的調(diào)制查找表（MLUT)以獲得用于感興趣 表面輪廓的紋理映射和執(zhí)行（或查詢）預(yù)計算的相位查找表（MLUT)以獲得用于感興趣表 面輪廓獲取的視頻圖像數(shù)據(jù)的對應(yīng)相位。此外，可利用傳統(tǒng)數(shù)字圖像點云來實時顯示獲取 的數(shù)據(jù)。
[0053] -個方面，可將獨特計算機實現(xiàn)的處理、系統(tǒng)以及帶有可執(zhí)行程序代碼和指令的 計算機可讀存儲介質(zhì)表征為具有兩階段。第一階段是雙頻圖案生成和投影階段，雙頻圖案 通過表達(dá)式表征：
[0054]
[0055] 其中，以是投影儀中像素的強度，Ap、坪和哲被設(shè)成常數(shù)，優(yōu)選通過示例的方式設(shè) 置使得#的值對于8位彩色深度投影儀落入0和255之間，fh是正弦曲線的最大頻率，fu 是正弦曲線的單頻且等于l，n表示相移指數(shù)，N表示相移的總數(shù)且優(yōu)選大于或等于5。第二 階段包括利用用于相位、強度/紋理和深度數(shù)據(jù)的查找表（LUT)方法的解碼階段。
[0056] 通過利用查找表（LUT)根據(jù)
獲得調(diào)制（M)和相位（P)。
[0057] 為了進(jìn)行，例如，高頻正弦曲線的相位展開，進(jìn)行下述步驟以組合相位項以獲得單
相位圖像：
[0058]
[0059]
[0060] 溫度相位=
[0061] 最終相位=溫度相位+高相位* (2π/f2)
[0062] 接著，利用下述等式實現(xiàn)相位向X、Y、Z點云的轉(zhuǎn)換：
[0063] Zw=Mz(xc,yc)+Nz (xc,yc)T,
[0064] Xw=Ex(xc,yc)Zw+Fx(xc,yc)
[0065] Yw=Ey(xc,yc)Zw+Fy(xc,yc)
[0066]其中，
[0067]
[0068]
[0069]
[0070]
[0071] 借助于用于索引（（/)(攝像機列索引和行索引）的查找表，實現(xiàn)7個參數(shù)，即 Mz、Nz、C、Ex、Ey、Fx、Fy，降低與從相位項推導(dǎo)出3D點云相關(guān)聯(lián)的總體計算復(fù)雜性。
[0072] ------從UtilApp' 607引用的文本結(jié)束------
[0073]UtilApp' 607中標(biāo)記有圖19的流程圖總結(jié)了劉等人的如上述頁面大量引用的技 術(shù)200。舉例來說，在此引入并加入UtilApp'607的該圖并作為圖20的公開的部分；使得 在此參照在200處劉等人的UtilApp' 607參照的技術(shù)并標(biāo)記為2100 "現(xiàn)有技術(shù)"。
[0074] 本發(fā)明的緊湊模塊-設(shè)備100和設(shè)備200采用了帶有多個透鏡元件的投影系統(tǒng)光 源122、222和新型線性圖案移動裝置130 (圖7中詳述的具有獨特固定圖案光學(xué)部132)，從 新型線性圖案移動裝置130輸出由多個SLI圖案（圖形表示在圖19中，910)組成的疊加/ 重疊的SLI圖案（例如圖14A中的SLI圖案410)以通過分束器160和投影-攝像機-鏡 頭組件162,根據(jù)具體情況，然后通過第二分束器164并抵靠鏡166以照明3D目標(biāo)/受試主 題190(或3-D受檢區(qū)域）的表面。固定至固定圖案光學(xué)部132(圖7)中的像素強度剖面 圖案（諸如圖形表示在圖19中，910)可包括兩個正弦曲線，其中至少一個是疊加至高頻正 弦曲線上的單頻正弦曲線（即，具有幅度值1)，使得在η個幀的所選的時刻/持續(xù)時間期間 同時投影單頻正弦曲線和高頻正弦曲線，使得每一個所投影的像素滿足圖19的表達(dá)式950 并在下面再現(xiàn)。下面表達(dá)式與部分Α中稱為等式（8)的表達(dá)以及UtilΑρ'607中在示例01 中進(jìn)一步解釋的表達(dá)式相同：
[0075]
[0076] 其中，私是投影儀中像素的強度，Uf和被設(shè)成常數(shù)使得的值落入目標(biāo)強 度范圍之間（例如，對于8位彩色深度投影儀，在0和255之間），fh是正弦曲線的最大頻 率，fu是正弦曲線的"單"頻且等于1。在解調(diào)步驟期間使用單頻信號/正弦曲線以暫時產(chǎn) 生可解碼的展開相位項。優(yōu)選地，如本文其他地方詳述的，像素強度輪廓圖案（諸如圖形表 示在圖19中，910)通過蝕刻、沉積或其他"固定"至線性圖案移動裝置130的鏡頭構(gòu)件的方 式"固定"至透明鏡頭構(gòu)件中，其導(dǎo)致進(jìn)入固定圖案光學(xué)部132的光作為具有所期望像素強 度輪廓圖案的圖案光輸出（例如，圖14A的SLI圖案410)離開。
[0077] 獨特緊湊測量設(shè)備/模塊適于實時高分辨率測量，利用ProvApp' 626和Util App' 607進(jìn)一步詳述的SLI圖案技術(shù)引起具有包含固定圖案光學(xué)部的圖案移動裝置的獨特 的便攜式SLI。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0078] 將理解的是，本文所描述的系統(tǒng)和相關(guān)技術(shù)與已知的3D形狀識別技術(shù)的區(qū)別特 征包括一個或多個申請人發(fā)明的任何現(xiàn)有設(shè)計。如本文支持和涵蓋的一些獨特特征和特征 的進(jìn)一步獨特組合可提供一個或多個各種優(yōu)點，其中包括：(a)便于集成和靈活性/通用性 (即，在很寬的各種環(huán)境中使用以收集關(guān)于大量不同受試區(qū)域/受試主題/受試目標(biāo)的3D 表面數(shù)據(jù)）；(b)單個"快照"調(diào)查受試區(qū)域/受試主題/受試目標(biāo)和/或在破壞區(qū)域/主 題/目標(biāo)周圍的表面環(huán)境的前提下，為區(qū)域/主題/目標(biāo)提供持續(xù)性監(jiān)控/調(diào)查/測試；和 /或（c)尤其用于在測量表面數(shù)據(jù)時盡量減小可由運動中的目標(biāo)或受試主題（例如，哺乳動 物）的測量速度和實時結(jié)果。
【附圖說明】
[0079] 為了說明設(shè)計創(chuàng)新性和靈活性以及新系統(tǒng)和相關(guān)技術(shù)的通用性，按照慣例，附圖 包括在內(nèi)。人們可容易注意到優(yōu)點以及本發(fā)明區(qū)別于常規(guī)計算機實現(xiàn)工具/技術(shù)的新特 征。已經(jīng)包括附圖以及任何引入的技術(shù)材料以僅通過示例的方式傳達(dá)申請人創(chuàng)新性的特 征，決不是旨在限制其公開。
[0080] 圖1A和圖1B各自包括根據(jù)本發(fā)明的利用結(jié)構(gòu)光實施的優(yōu)選便攜式測量模塊100 的剖視圖。圖1A是圖1B中黑色截面和白色截面的彩色截面。優(yōu)選借助于線性圖案移動裝 置130實現(xiàn)圖案的空間移動。在一個優(yōu)選實施例中，如所述，線性圖案移動裝置借助于熱驅(qū) 動移動圖案。
[0081] 圖2A和圖2B各自分別描繪了圖1A和圖1B的擴大剖視圖，即放大剖視圖100. 1， 其強調(diào)線性圖案移動裝置130、攝像機圖像傳感器172和一部分光學(xué)系統(tǒng)（放大的結(jié)果是， 強調(diào)設(shè)備100的中心區(qū)域，在此沒有必要示出特征）。在160處示出第一偏振分束器。圖 2A是圖2B中黑色截面和白色截面的彩色截面。
[0082] 圖3A和圖3B各自描繪了圖1A和圖1B所示的設(shè)備100的測量尖端100. 2的擴大 剖視圖，即放大剖視圖。在尖端100. 2強調(diào)的是合作-定位的-建立3-DSLI測量的三角 測量角169的第二偏振分束器164和鏡166。圖3A是圖3B中黑色截面和白色截面的彩色 截面。
[0083] 圖4A和圖4B各自包括根據(jù)本發(fā)明的利用與圖1A相似的結(jié)構(gòu)光實施的優(yōu)選便攜 式測量模塊100的等距視圖100. 3。圖4A是圖4B中黑色截面和白色截面的彩色截面。優(yōu) 選借助于線性圖案移動裝置130實現(xiàn)圖案的空間移動。在一個優(yōu)選實施例中，如所述，線性 圖案移動裝置借助于熱驅(qū)動移動圖案。
[0084] 圖5A和圖5B各自分別描繪了圖4A和圖4B的擴大等距視圖，即放大等距視圖 100. 4,其強調(diào)線性圖案移動裝置130、攝像機圖像傳感器172和一部分光學(xué)系統(tǒng)（放大的 結(jié)果是，強調(diào)設(shè)備100的中心區(qū)域，在此沒有必要示出特征）。在160處示出第一偏振分束 器。圖5A是圖5B中黑色截面和白色截面的彩色截面。
[0085] 圖6A和圖6B各自分別描繪了圖1A和圖1B所示的設(shè)備100的測量尖端100. 5的 擴大剖視圖，即放大剖視圖。在尖端100. 5強調(diào)的是合作-定位的-建立3-DSLI測量的 三角測量角169的第二偏振分束器164和諸如鏡166的反射器。圖6A是圖6B中黑色截面 和白色截面的彩色截面。
[0086] 圖7是線性圖案移動裝置130的俯視平面圖。這種俯視圖強調(diào)蝕刻至硅板132、 支撐和移動裝置的娃梁134(silicon beam)、用于將電壓源連接至裝置的金屬墊136和支 撐裝置的硅架中的圖案。裝置的線性移動通過將電壓施加至一組金屬墊136并將其他組金 屬墊138接地來實現(xiàn)。流經(jīng)硅梁134的電流引起硅梁的溫度升高。溫度升高引起硅梁134 膨脹，溫度降低會引起硅梁收縮。硅梁134的膨脹引起使硅板132(用作固定圖案光學(xué)部） 在線性方向上運動的線性方向上的力。
[0087]圖8A和圖8B各自包括根據(jù)本發(fā)明的利用結(jié)構(gòu)光實施的優(yōu)選便攜式測量模塊200的剖視圖。圖8A是圖8B中黑色截面和白色截面的彩色截面。優(yōu)選借助于進(jìn)一步獨特的旋 轉(zhuǎn)的圖案移動裝置300(圖9和圖10中詳述）來實現(xiàn)圖案的空間移動。可注意到設(shè)備200 和設(shè)備100之間的組件中某些相似性。