專利名稱：復(fù)合編碼多分辨三維數(shù)字成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合編碼多分辨三維數(shù)字成像方法，屬于三維數(shù)字成像技術(shù)。
背景技術(shù)：
在基于三角法的主動三維傳感技術(shù)中，以傳統(tǒng)的三角測量為基礎(chǔ)，由于三維物體表面形狀對結(jié)構(gòu)照明光束產(chǎn)生的空間調(diào)制，改變了成像光束的角度，即改變了成像光點(diǎn)在探測器陣列上的位置，通過對成像光點(diǎn)位置的確定和系統(tǒng)光路的幾何參數(shù)，計算出距離?，F(xiàn)有的技術(shù)包括采用單光束點(diǎn)結(jié)構(gòu)照明的方法和采用片狀光束的線結(jié)構(gòu)照明的方法，以及相位測量輪廓術(shù)，包括相移輪廓術(shù)、Fourier變換輪廓術(shù)和空間相位探測輪廓術(shù)。相位測量輪廓術(shù)也最終歸結(jié)為三角測量法，只不過在不同的測量技術(shù)中采用不同的方式來從觀測光場中提取三角計算中所需要的幾何參數(shù)。
基于空間點(diǎn)陣投影的方法是通過投射二維空間點(diǎn)陣到被測物體上，形成面結(jié)構(gòu)光的照明，一次成像即可獲得一個完整的被測物體的三維數(shù)字像，從而克服了現(xiàn)有三角法的主動三維傳感技術(shù)中的單光束點(diǎn)結(jié)構(gòu)照明和片狀光束的線結(jié)構(gòu)照明必須逐點(diǎn)或逐行掃描才能獲得完整的三維數(shù)字像的缺點(diǎn)，提高了采樣效率。與相位測量輪廓術(shù)比較，點(diǎn)陣編碼方法是直接通過對成像點(diǎn)陣的位置確定來計算物體的深度，不存在相位模糊和誤差傳播的問題。但這一傳感技術(shù)的精度直接收到成像光點(diǎn)位置測量精度的影響，探測器靈敏度和成像系統(tǒng)的幾何畸變都會影響其測量精度，因此，其測量精度不如相位測量輪廓術(shù)。
相位測量輪廓術(shù)采用條紋圖編碼，物體的深度信息編碼在載波條紋中，通過計算折疊相位和相位展開，結(jié)合光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)間接獲得物體的深度像。與直接幾何量測量相比較，相位測量輪廓術(shù)具有更高的精度，最高可以達(dá)到百分之一個條紋周期；另外相位測量的方法對背景、對比度和噪聲的變化不敏感。但對于被測物體存在不連續(xù)區(qū)域或表面梯度變化很大或存在信息盲區(qū)時，相位測量輪廓術(shù)的相位展開變成非常困難的問題，例如會產(chǎn)生相位模糊和誤差傳播，造成三維數(shù)據(jù)殘缺不全，得不到完整三維數(shù)據(jù)。可對比的技術(shù)文獻(xiàn)有下以三篇(1)發(fā)明專利ZL 02131096.3.
(2)Richard McBain，″high speed laser triangulation measurements of shape and thickness″，US Patent 6,466,305.
(3)ul R，Yoder JR.，″topography measuring apparatus″，US Patent 4,902,123.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用復(fù)合編碼實(shí)現(xiàn)多分辨三維數(shù)字成像的方法，該方法提高了測量結(jié)果的置信度和高的測量精度。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的，采用包括數(shù)字投影照明發(fā)射器、圖像傳感接收器和圖像處理器的成像裝置，利用點(diǎn)陣編碼和條紋編碼實(shí)現(xiàn)多分辨三維數(shù)字成像的方法，其特征在于包括以下過程1、數(shù)字投影照明發(fā)射器投射不同疏密程度的二維點(diǎn)陣圖形照明物體，偏轉(zhuǎn)圖像傳感接收器使其光軸與投影點(diǎn)陣照明場的中心位于同一直線。數(shù)字投影照明發(fā)射器的出瞳、圖像傳感接收器的入瞳和照明場的中心構(gòu)成一個三角形，以數(shù)字投影照明發(fā)射器的出瞳與圖像傳感接收器的入瞳之間的連線為基線，它和投射在物體的所有點(diǎn)陣的中心構(gòu)成了若干三角形，形成了三角測量系統(tǒng)；根據(jù)仿射變換的原理，分別投影在參考平面和被測物體表面的編碼點(diǎn)陣，經(jīng)過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)、平移和透視投影變換，可分別得到參考平面和被測物體表面上的編碼點(diǎn)陣在圖像接收傳感器平面上的空間坐標(biāo)的解析式，并可進(jìn)一步得到參考平面和被測物體表面上兩個點(diǎn)陣相對應(yīng)點(diǎn)之間在成像平面x方向上的位置差與被測物體在相應(yīng)點(diǎn)處深度值之間的關(guān)系；從而數(shù)字投影照明發(fā)射器投射二維空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)光照明，在圖像接收傳感器得到參考平面的點(diǎn)陣圖像和投射在被測物體表面上的點(diǎn)陣圖像，椐已知系統(tǒng)光路幾何參數(shù)，圖像處理器可計算點(diǎn)陣圖像相應(yīng)點(diǎn)之間在x方向上的位置差，再根據(jù)位置差與被測物體在相應(yīng)點(diǎn)處深度值之間的關(guān)系計算出物體的深度圖像。
2、數(shù)字投影照明發(fā)射器再投射條紋結(jié)構(gòu)光照射被測物體表面，所投射的條紋結(jié)構(gòu)光可以是單一頻率條紋，也可以是時序變頻條紋序列。對于單一頻率條紋結(jié)構(gòu)光，用相位映射的方法，結(jié)合點(diǎn)陣投影已經(jīng)獲得的物體較低分辨率的深度像進(jìn)行相位展開，進(jìn)一步獲取更精細(xì)的多分辨三維數(shù)字像。對于時序變頻條紋序列結(jié)構(gòu)光投影，分別得到編碼的條紋強(qiáng)度分布圖序列，利用“相移算法”計算出各頻率條紋強(qiáng)度分布圖的相位圖，在每個相位圖中消除2π不確定性，從而對景物得到分辨率依次遞進(jìn)的深度像；此時點(diǎn)陣投影的作用是利用它獲得的物體深度值確定變頻條紋序列的邊界條件，有效地節(jié)省相位展開過程中所需的二維編碼條紋圖，增加了相位展開算法的實(shí)時性；進(jìn)一步獲取精度更高、更精細(xì)物體多分辨三維數(shù)字像。
點(diǎn)陣編碼是一種基于仿射變換的三維數(shù)字化技術(shù)，條紋編碼是一種相位映射的三維數(shù)字化技術(shù)，二者結(jié)合是一種復(fù)合編碼的技術(shù)，點(diǎn)陣編碼獲取的三維深度像值可以在一個“較粗”的輪廓上確定物體深度，并可由此確定相位映射中相位的絕對分布，解決相位模糊的問題；并且，當(dāng)由于存在照明盲區(qū)和成像盲區(qū)時，由于點(diǎn)陣投影是根據(jù)參考平面和物體表面點(diǎn)陣圖像構(gòu)成的“點(diǎn)陣對”位置差來計算物體深度值，“點(diǎn)陣對”之間是相互獨(dú)立的，雖然投影在信息盲區(qū)中的點(diǎn)由于不能形成“點(diǎn)對”而得不到信息盲區(qū)中離散點(diǎn)處的深度值，但它不會影響周圍區(qū)域，不會造成誤差傳播，仍然可以得到一個近似的三維深度像；而基于條紋投影的相位輪廓術(shù)，不僅這些盲區(qū)得不到正確相位值，而且造成誤差的傳播，嚴(yán)重影響相鄰區(qū)域的相位展開，無法得到被測物體的三維深度像。
下面結(jié)合附圖對基于點(diǎn)陣投影三維數(shù)字成像的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述點(diǎn)陣投影三維數(shù)字成像技術(shù)是在仿射變換基礎(chǔ)上建立起來的一種三維數(shù)字化技術(shù)。圖1是投影在參考平面上點(diǎn)陣成像的結(jié)構(gòu)示意圖。點(diǎn)P是數(shù)字投影照明發(fā)射器的出瞳，Po為投影光軸，投影光線PP1、PP2和PP3與參考平面R的交點(diǎn)確定了投射的二維空間點(diǎn)陣在參考平面上的位置。點(diǎn)I是圖像傳感接收器的入瞳，Io為成像光軸，它與投影光軸的夾角為α，Ip是圖像傳感接收器平面相對于點(diǎn)I的對稱平面，根據(jù)透視投影的原理，點(diǎn)陣在圖像傳感接收器上成像的位置可以通過計算成像光線與平面Ip的交點(diǎn)的位置得到。
點(diǎn)陣投影成像系統(tǒng)中，投射在參考平面上的點(diǎn)陣的成像過程可以分為三個步驟首先，把物坐標(biāo)系xyz繞y軸正向旋轉(zhuǎn)α角，變換為坐標(biāo)系x′y′z′，使新坐標(biāo)系的z′o′軸與成像光軸Io重合；然后，把坐標(biāo)系x′y′z′沿z′軸負(fù)向平移L，使圖像傳感接收器的入瞳I(xiàn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，變換后的坐標(biāo)系為xpypzp；最后，在坐標(biāo)系xpypzp下做透視投影，透視投影平面Ip與zp軸垂直，在距原點(diǎn)F(焦距)的位置上，它與圖像傳感接收器平面相對于xpopyp對稱。
那么，經(jīng)過上述步驟一和二后，可得到參考平面R(z＝0)在xpypzp坐標(biāo)系下的坐標(biāo)可表示為xs=kxΔxcosαys=yzs=L-ksΔxsinα---(1)]]>其中α為投影光軸Po和成像光軸Io之間的夾角；L為圖像傳感接收器的入瞳I(xiàn)與照明場的中心o之間的距離；Δx為投影在參考平面R上的點(diǎn)陣沿x方向的間距；kx取整數(shù)，為Δx所乘系數(shù)，用來表示不同點(diǎn)在物坐標(biāo)系下的x坐標(biāo)值。
然后在坐標(biāo)系xpypzp下做透視投影，即可確定該點(diǎn)陣在平面Ip上的位置
xszs=xp0F⇒xp0=kxΔxcosαL-kxΔxsinαF---(2)]]>其中F為成像系統(tǒng)的焦距。
對于一個三維被測物體，如圖2所示，是投影在任意曲面的三維物體上點(diǎn)陣成像的結(jié)構(gòu)示意圖。與圖1中相同的投射光線PP1、PP2和PP3與被測物體表面的相交與點(diǎn)B1、B2和B3，這些交點(diǎn)確定了投射的二維空間點(diǎn)陣在物體表面S上的空間位置。投射在物體表面S的點(diǎn)陣同樣經(jīng)過上述三個步驟，成像在圖像傳感接收器上。此時可以得到S上的點(diǎn)陣在xpypzp坐標(biāo)系下的坐標(biāo)xb=xcosα+zsinyb=yzb=L-xsinα+zcosα---(3)]]>那么在坐標(biāo)系xpypzp下做透視投影，可得出物體表面上的點(diǎn)陣在透視投影平面Ip上的位置xp=xbzbzb=xcosα+zsinαL-xsinα+zcosαF---(4)]]>根據(jù)式(2)、(4)可得到兩個點(diǎn)陣中相對應(yīng)點(diǎn)形成的“點(diǎn)陣對”之間在x方向的位置差ΔxpΔxp＝xp-xp0(5)其中Δxp的計算表達(dá)式中包含有它與物體在該點(diǎn)深度值之間的關(guān)系，從而得到物體深度值的計算表達(dá)式。在光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)為已知的情況下，所有“點(diǎn)陣對”之間在x方向的位移可結(jié)合參考平面的點(diǎn)陣圖像和被測物體表面上的點(diǎn)陣圖像計算得到，計算出物體表面上所有離散點(diǎn)的深度值，從而獲得物體的深度像。
基于點(diǎn)陣的仿射變換和基于條紋的相位映射三維數(shù)字化技術(shù)結(jié)的復(fù)合編碼方法，在解決存在表面間斷的物體或表面梯度很大物體三維數(shù)字化的問題具有顯著效果；并且，復(fù)合編碼的方法可獲取多種編碼方式的載波圖，可以利用這種方法獲得多重相位圖，構(gòu)造物體多分辨的三維數(shù)字像；并在一定程度上可緩解由于照明盲區(qū)和成像盲區(qū)造成數(shù)據(jù)殘缺不全使得相位展開無法進(jìn)行的問題。另外，由于有效地克服了相位模糊和誤差傳播問題，使得這種復(fù)合編碼的技術(shù)可測試的深度范圍以及可測試的對象范圍要大于單一載波技術(shù)。
本發(fā)明與已有的方法和技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1)結(jié)合了基于點(diǎn)陣投影和條紋投影兩種不同編碼方式三維數(shù)字成像方法的優(yōu)點(diǎn)。消除了相位模糊和誤差傳播的問題，提高了測量結(jié)果的置信度，還保證了高測量精度，并在一定程度上緩解由于信息盲區(qū)造成的數(shù)據(jù)殘缺不全的問題。
2)為滿足不同的測試需要，可以投射多種形式的復(fù)合編碼，包括點(diǎn)陣加單一頻率條紋和點(diǎn)陣加時序變頻條紋序列，融合利用不同傳感方法獲得數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多種分辨率、不同精度的三維數(shù)字成像；3)這種復(fù)合編碼技術(shù)可測試的深度范圍，以及可測試的對象范圍大于單一載波技術(shù)。


圖1是投影在參考平面上的點(diǎn)陣成像原理圖。
圖2是投影在任意三維物體上的點(diǎn)陣成像原理圖。
圖3是復(fù)合編碼三維成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是計算模擬的一個臺階狀物體。
圖5是利用點(diǎn)陣投影方法獲得圖4中物體的三維數(shù)字像。
圖6是利用條紋投影方法獲得圖4中物體的(a)展開相位圖；(b)三維數(shù)字像。
圖7是利用本發(fā)明提出的復(fù)合編碼方法，點(diǎn)陣投影結(jié)合條紋投影獲得的圖4中物體的三維數(shù)字像。
具體實(shí)施例方式
按照上述方法，實(shí)現(xiàn)復(fù)合編碼多分辨三維數(shù)字成像的裝置，主要包括數(shù)字投影照明發(fā)射器、圖像傳感接收器和圖像處理器。所說的數(shù)字投影照明發(fā)射器可以是數(shù)字液晶投影裝置(LCD投影儀)，數(shù)字微鏡投影裝置(DMD投影儀)或硅基片液晶投影裝置(LCOS投影儀)，可用計算機(jī)圖像處理系統(tǒng)方便地生成二維點(diǎn)陣和條紋圖形并寫入數(shù)字投影裝置；所說的圖像傳感接收器包括光學(xué)成像透鏡與光電探測器構(gòu)成，光學(xué)成像透鏡可以是定焦距或變焦距的成像透鏡或透鏡組，二元光學(xué)成像系統(tǒng)，衍射元件成像系統(tǒng)，顯微成像系統(tǒng)；所說的光電探測器件可以是電荷耦合器件，液晶器件，空間光調(diào)制器件，CMOS器件或數(shù)碼相機(jī)。所說的圖像處理器是數(shù)字信號處理器與可編程專用集成電路的組合，也可以是通用圖像處理卡和計算機(jī)組合構(gòu)成。其特征在于，數(shù)字投影照明發(fā)射器分別投射二維空間點(diǎn)陣和條紋圖形，圖像傳感接收器接收經(jīng)過被測物體深度信息調(diào)制的點(diǎn)陣和條紋編碼圖，再經(jīng)圖像處理器做相應(yīng)的解碼獲取物體多分辨三維深度像。
下面結(jié)合附圖對實(shí)施例作進(jìn)一步的描述。
圖3是復(fù)合編碼三維成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，數(shù)字投影照明發(fā)射器101的投影鏡102的出瞳P、圖像傳感接收器103的成像透鏡104的入瞳I(xiàn)和照明場的中心o位于同一平面內(nèi)，并構(gòu)成一個三角形，形成了三角測量系統(tǒng)。由圖像處理器105的計算機(jī)或數(shù)字信號處理器產(chǎn)生的二維點(diǎn)陣分別投射在參考平面106和物體107的表面S，投影光軸Po與成像光軸之Io間的夾角為α，以PI之間的連線為基線，它和投射在物體的所有點(diǎn)陣的中心構(gòu)成了若干三角形，每一個都可形成一個三角測量系統(tǒng)。參考平面上的規(guī)則點(diǎn)陣和表征任意自由表面物體形貌的深度信息的變形點(diǎn)陣，分別通過圖像傳感接收器103接收，并傳送到圖像處理器105，通過比較參考平面和被測物體表面上點(diǎn)陣分別在圖像傳感接收器上形成的點(diǎn)陣像相對應(yīng)點(diǎn)陣的位置差異，計算被測物體的深度值。然后，數(shù)字投影照明發(fā)射器101繼續(xù)投射由圖像處理器105產(chǎn)生的單一頻率條紋到被測物體表面107，再由圖像傳感接收器103接收載波條紋圖并送到圖像處理器105，結(jié)合通過點(diǎn)陣投影方法獲取的被測物體較低分辨率的三維深度值，對載波條紋圖進(jìn)行相位展開，因此對表面間斷物體的表面或梯度較大表面等拓?fù)鋸?fù)雜物體的表面進(jìn)行相位展開中存在的相位模糊以及由于陰影等信息盲區(qū)造成的誤差傳播問題，都可以有效地克服，從而得到物體完整的三維數(shù)字像。另外一種復(fù)合編碼的方式是點(diǎn)陣加時序變頻條紋序列，在利用點(diǎn)陣投影的方法獲得物體深度值后，數(shù)字投影照明發(fā)射器101也可以投射時序變頻條紋序列到被測物體表面107，通過已知的物體的深度值，結(jié)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)可以計算出發(fā)生第一次相位跳變對應(yīng)的視場寬度的總相位差，也就得到了相應(yīng)的視場內(nèi)條紋周期數(shù)，從而確定了時序變頻條紋序列相位展開算法的邊界條件，減少了迭代次數(shù)，提高了算法的實(shí)效性。
圖4是計算模擬的一個臺階狀物體。臺階的高度等于圖6中利用條紋投影方法獲取物體深度像時所投射條紋相對應(yīng)的等效波長的1.1倍。
圖5是利用點(diǎn)陣投影方法獲得的圖4中物體的三維數(shù)字像。點(diǎn)陣圖形中的點(diǎn)陣個數(shù)為64×64，對于物體表面梯度變化很大的區(qū)域，由于投射點(diǎn)陣采樣率不足，無法獲得這部分區(qū)域準(zhǔn)確結(jié)果，如圖所示，只能得到一個梯度變化較為緩慢的結(jié)果，原因就是丟掉了高頻的信息，使得梯度變化很大的區(qū)域被平滑了。
圖6是利用條紋投影方法獲取物體的三維數(shù)字像。其中圖6(a)是對載波條紋圖進(jìn)行相位展開后得到的展開相位圖，由于圖2中臺階狀物體的高度已大于投影條紋對應(yīng)的等效波長，存在2π的相位模糊，因此得不到正確的深度圖像，如圖6(b)所示為由圖6(a)計算得到的深度圖像，相位模糊的存在使得由展開相位圖計算得到的物體深度圖出現(xiàn)偏差，如圖6(b)所示深度圖像中臺階的高度與實(shí)際高度不符。
圖7是利用本發(fā)明提出的復(fù)合編碼方法，結(jié)合點(diǎn)陣投影和條紋投影兩種編碼方法，利用相位展開算法獲得的圖4中物體的三維數(shù)字像。先進(jìn)行點(diǎn)陣編碼的成像，獲取物體較低分辨率的深度像，再進(jìn)行條紋編碼成像，根據(jù)點(diǎn)陣投影方法已經(jīng)得到的物體深度值進(jìn)行相位展開，如圖6(a)所示物體的展開相位圖已經(jīng)標(biāo)記出不同相位分布的精確區(qū)域，圖中顏色較淺的這部分區(qū)域?qū)嶋H為存在相位跳變的區(qū)域。而此時已經(jīng)由點(diǎn)陣投影的方法獲得了物體的深度值，雖然分辨率較低，但它是仍然從較粗的輪廓上反映了物體深度的真實(shí)分布，把利用點(diǎn)陣投影獲得的深度值，結(jié)合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)換算為相位值，對載波條紋圖進(jìn)行相位展開時利用點(diǎn)陣投影獲得的相位值作為“控制點(diǎn)”來控制相位展開的過程。步驟如下當(dāng)相位展開進(jìn)行到這些“控制點(diǎn)”位置時，比較此時相位值與點(diǎn)陣投影獲得的相位值，如果二者誤差在允許范圍內(nèi)，相位展開繼續(xù)進(jìn)行；否則認(rèn)為存在相位模糊，計算二者的相位差，并修正當(dāng)前點(diǎn)的相位值，以及沿原相位展開路徑返回到“跳變區(qū)域”邊緣的所有點(diǎn)的相位值，解決相位模糊問題；繼續(xù)相位展開過程，對每一控制點(diǎn)依據(jù)上述原則進(jìn)行處理，直到處理完成圖像需要進(jìn)行相位展開的區(qū)域中的所有點(diǎn)。結(jié)果如圖7所示，圖6中存在的相位模糊問題已經(jīng)解決，臺階狀物體梯度變化較大處變得更陡，其深度像與實(shí)際結(jié)果更加相符。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合編碼多分辨三維數(shù)字成像方法，采用包括數(shù)字投影照明發(fā)射器、圖像傳感接收器和圖像處理器的成像裝置，利用點(diǎn)陣編碼和條紋編碼實(shí)現(xiàn)多分辨三維數(shù)字成像，其特征在于包括以下過程1)數(shù)字投影照明發(fā)射器投射不同疏密程度的二維點(diǎn)陣圖形照明物體，偏轉(zhuǎn)圖像傳感接收器使其光軸與投影點(diǎn)陣照明場的中心位于同一直線。數(shù)字投影照明發(fā)射器的出瞳、圖像傳感接收器的入瞳和照明場的中心構(gòu)成一個三角形，以數(shù)字投影照明發(fā)射器的出瞳與圖像傳感接收器的入瞳之間的連線為基線，它和投射在物體的所有點(diǎn)陣的中心構(gòu)成了若干三角形，形成了三角測量系統(tǒng)；根據(jù)仿射變換的原理，分別投影在參考平面和被測物體表面的編碼點(diǎn)陣，經(jīng)過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)、平移和透視投影變換，可分別得到參考平面和被測物體表面上的編碼點(diǎn)陣在圖像接收傳感器平面上的空間坐標(biāo)的解析式，并可進(jìn)一步得到參考平面和被測物體表面上兩個點(diǎn)陣相對應(yīng)點(diǎn)之間在成像平面x方向上的位置差與被測物體在相應(yīng)點(diǎn)處深度值之間的關(guān)系；從而數(shù)字投影照明發(fā)射器投射二維空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)光照明，在圖像接收傳感器得到參考平面的點(diǎn)陣圖像和投射在被測物體表面上的點(diǎn)陣圖像，椐已知系統(tǒng)光路幾何參數(shù)，圖像處理器可計算點(diǎn)陣圖像相應(yīng)點(diǎn)之間在x方向上的位置差，再根據(jù)位置差與被測物體在相應(yīng)點(diǎn)處深度值之間的關(guān)系計算出物體的深度圖像；2)數(shù)字投影照明發(fā)射器再投射條紋結(jié)構(gòu)光照射被測物體表面，所投射的條紋結(jié)構(gòu)光可以是單一頻率條紋，也可以是時序變頻條紋序列；對于單一頻率條紋結(jié)構(gòu)光，用相位映射的方法，結(jié)合點(diǎn)陣投影已經(jīng)獲得的物體較低分辨率的深度像進(jìn)行相位展開，進(jìn)一步獲取更精細(xì)的多分辨三維數(shù)字像；對于時序變頻條紋序列結(jié)構(gòu)光投影，分別得到編碼的條紋強(qiáng)度分布圖序列，利用“相移算法”計算出各頻率條紋強(qiáng)度分布圖的相位圖，在每個相位圖中消除2π不確定性，從而對景物得到分辨率依次遞進(jìn)的深度像；此時點(diǎn)陣投影的作用是利用它獲得的物體深度值確定變頻條紋序列的邊界條件，有效地節(jié)省相位展開過程中所需的二維編碼條紋圖，增加了相位展開算法的實(shí)時性；進(jìn)一步獲取精度更高、更精細(xì)物體多分辨三維數(shù)字像。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用復(fù)合編碼實(shí)現(xiàn)多分辨三維數(shù)字成像的方法，即，基于點(diǎn)陣投影和條紋投影相結(jié)合的三維數(shù)字化技術(shù)。該方法采用數(shù)字投影照明發(fā)射器、圖像傳感接收器和圖像處理器構(gòu)成的成像裝置。以發(fā)射器出瞳、圖像傳感接收器入瞳與形成三角測量系統(tǒng)；首先，利用點(diǎn)陣投影三維數(shù)字成像沒有相位模糊的特點(diǎn)，以點(diǎn)陣編碼獲取物體的較低分辨率的三維深度像，再投射條紋到物體表面，利用空間相位調(diào)制精度高的特點(diǎn)，結(jié)合已經(jīng)獲得的物體低分辨深度像進(jìn)行相位展開，進(jìn)一步獲取被測物體更精細(xì)的多分辨三維數(shù)字像。本發(fā)明結(jié)合了點(diǎn)陣投影和條紋投影兩種不同編碼方式的三維數(shù)字成像方法的優(yōu)點(diǎn)，三維數(shù)字成像精度高，對拓?fù)鋸?fù)雜的曲面有較強(qiáng)的普適性。
文檔編號G01B11/25GK1632451SQ20041009414
公開日2005年6月29日 申請日期2004年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月31日
發(fā)明者彭翔, 田勁東 申請人:深圳大學(xué)