高效RGB格雷码与相移法结合的三维重建技术的制作方法

本发明型涉及到一种新型的高效率的的算法，用于进行三维模型测量。

背景技术：

目前，北京交通大学的李向前等提出了一种基于非对称双目相机结构光的三维扫描系统，改方案采用结构光测量深度，同时采用非对称不值得两台相机，在不降低系统精度的情况下减少遮挡的影响，分析了系统中两相机的成像关系，提出系统标定和深度测量算法。北京航空航天大学的欧攀提出了一种基于结构光的牙齿三维轮廓测量系统。该方法由电耦合器件相机(ccd)和数字光电处理(dlp)4500投影仪模块组成。采用格雷码与相移法结合的投影方法，同时提出了点阵图作为标定板并使用dlp投射点阵图联合标定法，简化了标定步骤和解码算法，降低了传统棋盘格标定板由于反射dlp投影仪投射点阵图不均引起的误差，通过在牙齿模型的三维测量得到了很好的效果，但是该方法依然存在速度和效率问题。中北大学的田苗苗提出双频莫尔条纹干涉法测量物体的三维轮廓。这种方法在相位真实值展开过程中需要相位主值，如果相位主值求取产生误差，这种误差会传递给相位真实值。北京理工大学的林焕提出的二值格雷码和相移结合的三维解相位包裹的方法，该方法在一定程度上消除了相移法的误差。但此方法需要投射的格雷码条纹幅数过多，导致解码时出现错误的可能性增加,解码周期长。

技术实现要素：

本文提出了基于rgb格雷码和相移法相结合的三维重建方法。该方法由于直接对条纹分别进行定级，相位主值的误差不会影响条纹级数的精度。采用rgb格雷码的编码方式进行条纹定级。与传统的二值格雷码与相移法相比，64级条纹之内仅需要3幅条纹图。更容易满足实时重建的要求。首先用数字投影仪将相位相差90度的正弦光栅投射到待测物体表面，彩色cmos双目相机拍摄经由物体高度信息调制的变形条纹。然后投射三幅rgb格雷码图片于正弦光栅条纹中心处，用于正弦光栅条纹定级，求出左右两幅图像的相位分布图。利用双目立体视觉的极线约束求出待测物体的深度图。最后求出待测物体的三维点云。

附图说明

图1系统平台设计图。

图2系统流程图。

图3彩色光栅编码图。

图4光栅原图。

图5正弦光栅编码图。

图6rgb格雷码与相位图。

图7效率对比图。

具体实施方式

图1为系统的总体方案设计图，首先控制投影仪和双目相机，当投影仪投射初始相位为0、90度、180度、270度的正弦光栅时，双目相机采集不同相位的图片。然后将三幅rgb格雷码条纹投射在人脸模型表面，用同样的方式记录变形的格雷码条纹。

根据图2的设计方案采用四步相移法，那么就需要四幅相位间隔90度的条纹图。通过大量的实验数据分析出采样间隔为一个像素点合适。

图3为彩色光栅编码图，采用rgb格雷码对光栅条纹进行定级，为使条纹之间的差别达到最大,本系统投射的彩色条纹只采用每一通道的最大灰度255,即使用三基色红(255,0,0)、绿(0,255,0)、蓝(0,0,255)和（0,0,0）来编码。其中01代表rgb通道值为（255,0,0），11代表rgb通道值为（0,0,255），10代表rgb通道值为（0,255,0），00代表rgb通道值为（0,0,0）。第一级条纹在t1时刻投射三个通道值为（255,0,0）的条纹，在t2时刻投射三通道值为（0,0,0），t3时刻投射三通道值为（0,0,0）的条纹。同理，第二级条纹在t1、t2、t3时刻条纹的rgb通道值分别为（255，0，,0）、（0,0,0）和（255，0,0），以此类推。

图4为光栅原图，由图4的原理而生成相对应的三幅格雷码图片。本次实验采用interi7730处理器，三菱md-565x投影仪，baslerpia2400工业相机，分辨率为1280*1024。

图5为正弦光栅编码图，由计算所得的正弦光栅的相位主值，并将相位主值归一化为（0-255），而得到相位主值分布图。

图6为rgb格雷码与相位图，在已得到的rgb格雷码解得每个条纹的编码值，然后对照图4的解码方式，可以确定每条格雷码条纹的级数k，最后通过四步相位法得到正弦光栅的真值分布图。

图7为三种方法的效率对比图，为了验证本文的先进性，从而采用多频相移法与二值格雷码与相移法来进行对比。

技术特征：

技术总结
一种高效RGB格雷码与相移法结合的三维重建技术主要包括正弦光栅相位解包裹、RGB格雷码的编码与正弦光栅定级、正弦光栅相位真实值求取、基于真实相位的立体匹配。本发明算法的通过采用RGB格雷码编码方式对相位进行解包裹，在系统对模型重建过程中提高了系统的效率和时间。本发明涉及模型表面的测量与重建，能够对工业模型进行快速有效的测量。

技术研发人员：梁艳阳;皮金柱;张皓然
受保护的技术使用者：西南科技大学
技术研发日：2017.12.15
技术公布日：2019.06.25