相位解包裹方法及装置

1.本发明涉及光学三维测量技术领域，特别涉及一种相位解包裹方法及装置。


背景技术：

2.目前，光学三维测量技术开始广泛应用于虚拟现实、文物保护、机械加工、影视特效制作等各种领域中，其中，光学三维测量技术的关键技术之一是相位解包裹技术，使用相位解包裹技术可得到使用光学三维测量技术测量物体时的连续相位分布，物体的连续相位分布直接影响了对物体进行三维构建时的精度，因此相位解包裹技术成为科研人员热门的研究方向。
3.相位解包裹技术通常分为时域解包裹和空域解包裹两大类，其中，空域解包裹依赖于相邻像素之间的相位，根据相位连续性获取连续相位分布，将空域解包裹在应用到不连续的复杂物体或是表面突变形状的物体时，经常出现因像素误传递使得解包裹失败的情况；而时域解包裹通常是对物体投射额外的条纹图案，独立计算每个像素的相位值可以有效地避免路径依赖和误差传播。相位编码法属于时域解包裹中的一类，将码字以相位的形式嵌入到周期性的余弦条纹中，对环境光、相机噪声和表面对比度不敏感，然而传统的相位编码法也不是完美的，由于受制于投影仪非线性和模糊等因素，导致其码字数量受限以及包裹相位和码字之间存在不对齐的缺陷。因此，基于相位编码的方法对展开高频包裹相位容易出现错误，具有一定的局限性，从而影响物体高精度三维重建。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供一种相位解包裹方法及装置，以可展开高频包裹相位图，得到精确度高的标准绝对相位图，从而构建高精度的物体的三维形状。
5.为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
6.一种相位解包裹方法，包括：
7.获取物体的第一图片序列，并对所述第一图片序列进行处理，得到所述物体的第一平均强度图和包裹相位图；其中，所述第一图片序列为将生成的测量条纹序列投影至所述物体表面时得到的图片序列；
8.获取所述物体的第二图片序列，并对所述第二图片序列进行处理，得到所述物体的编码相位图、第二平均强度图和强度调制图；其中，所述第二图片序列为将生成的复合条纹序列投影至所述物体表面时得到的图片序列；所述复合条纹序列为嵌入相位码字和灰度码字后的条纹序列；
9.基于所述编码相位图、所述第一平均强度图、所述第二平均强度图以及所述强度调制图，获得所述物体的相位编码条纹阶次和灰度编码条纹阶次；
10.基于所述灰度编码条纹阶次和所述相位编码条纹阶次，对所述包裹相位图进行处理，得到对所述物体进行三维构建时使用的标准绝对相位图。
11.上述的方法，可选的，生成所述复合条纹序列的过程，包括：
12.获取各个码字计算因子和各个码字计算因子之间的处理关系；
13.基于所述各个码字计算因子之间的处理关系，对各个所述码字计算因子进行处理，以得到相位码字和灰度码字；
14.将所述相位码字和所述灰度码字均嵌入预设的标准条纹序列中，以得到复合条纹序列。
15.上述的方法，可选的，所述基于所述灰度编码条纹阶次和所述相位编码条纹阶次，对所述包裹相位图进行处理，得到对所述物体进行三维构建时使用的标准绝对相位图，包括：
16.对所述灰度编码条纹阶次进行校正；
17.基于所述相位编码条纹阶次和校正后的灰度编码条纹阶次，对所述包裹相位图进行转换处理，以得到第一绝对相位图；
18.对所述第一绝对相位图进行校正，以得到对所述物体进行三维构建时使用的标准绝对相位图。
19.上述的方法，可选的，所述对所述灰度编码条纹阶次进行校正，包括：
20.对所述灰度编码条纹阶次中的每个条纹阶次子区域进行二值化处理，得到每个所述条纹阶次子区域的二值图像；
21.对每个所述二值图像进行孔洞填充处理，得到每个所述条纹阶次子区域的校正条纹阶次，以完成对所述灰度编码条纹阶次的校正。
22.上述的方法，可选的，所述对所述第一绝对相位图进行校正，以得到对所述物体进行三维构建时使用的标准绝对相位图，包括：
23.调用中值滤波对所述第一绝对相位图进行处理，得到第二绝对相位图；
24.基于所述第二绝对相位图，得到所述物体的绝对相位梯度；
25.基于所述绝对相位梯度和所述第二绝对相位图得到对所述物体进行三维构建时使用的标准绝对相位图。
26.上述的方法，可选的，所述基于所述编码相位图、所述第一平均强度图、所述第二平均强度图以及所述强度调制图，获得所述物体的相位编码条纹阶次和灰度编码条纹阶次，包括：
27.对所述编码相位图进行解码处理，获得所述物体的相位编码序列；
28.对所述第一平均强度图、所述第二平均强度图和所述强度调制图进行处理，得到期望灰度码字，并基于所述期望灰度码字得到所述物体的灰度编码条纹阶次。
29.一种相位解包裹装置，包括：
30.第一获取单元，用于获取物体的第一图片序列，并对所述第一图片序列进行处理，得到所述物体的第一平均强度图和包裹相位图；其中，所述第一图片序列为将生成的测量条纹序列投影至所述物体表面时得到的图片序列；
31.第二获取单元，用于获取所述物体的第二图片序列，并对所述第二图片序列进行处理，得到所述物体的编码相位图、第二平均强度图和强度调制图；其中，所述第二图片序列为将生成的复合条纹序列投影至所述物体表面时得到的图片序列；所述复合条纹序列为嵌入相位码字和灰度码字后的条纹序列；
32.第三获取单元，用于基于所述编码相位图、所述第一平均强度图、所述第二平均强
度图以及所述强度调制图，获得所述物体的相位编码条纹阶次和灰度编码条纹阶次；
33.第一处理单元，用于基于所述灰度编码条纹阶次和所述相位编码条纹阶次，对所述包裹相位图进行处理，得到对所述物体进行三维构建时使用的标准绝对相位图。
34.上述的装置，可选的，还包括：
35.运算单元，用于获取各个码字计算因子和各个码字计算因子之间的处理关系；
36.第二处理单元，用于基于所述各个码字计算因子之间的处理关系，对各个所述码字计算因子进行处理，以得到相位码字和灰度码字；
37.嵌入单元，用于将所述相位码字和所述灰度码字均嵌入预设的标准条纹序列中，以得到复合条纹序列。
38.上述的装置，可选的，所述第一处理单元，包括：
39.第一校正子单元，用于对所述灰度编码条纹阶次进行校正；
40.转换子单元，用于基于所述相位编码条纹阶次和校正后的灰度编码条纹阶次，对所述包裹相位图进行转换处理，以得到第一绝对相位图；
41.第二校正子单元，用于对所述第一绝对相位图进行校正，以得到对所述物体进行三维构建时使用的标准绝对相位图。
42.上述的装置，可选的，所述第一校正子单元，包括：
43.第一处理模块，用于对所述灰度编码条纹阶次中的每个条纹阶次子区域进行二值化处理，得到每个所述条纹阶次子区域的二值图像；
44.第二处理模块，用于对每个所述二值图像进行孔洞填充处理，得到每个所述条纹阶次子区域的校正条纹阶次，以完成对所述灰度编码条纹阶次的校正。
45.上述的装置，可选的，所述第二校正子单元，包括：
46.调用模块，用于调用中值滤波对所述第一绝对相位图进行处理，得到第二绝对相位图；
47.第一获得模块，用于基于所述第二绝对相位图，得到所述物体的绝对相位梯度；
48.第二获得模块，用于基于所述绝对相位梯度和所述第二绝对相位图得到对所述物体进行三维构建时使用的标准绝对相位图。
49.上述的装置，可选的，所述第三获取单元，包括：
50.解码子单元，用于对所述编码相位图进行解码处理，获得所述物体的相位编码条纹阶次；
51.第三处理子单元，用于对所述第一平均强度图、所述第二平均强度图和所述强度调制图进行处理，得到所述物体的灰度编码条纹阶次。
52.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
53.本发明提供一种相位解包裹方法及装置，该方法包括：获取物体的第一图片序列，并对第一图片序列进行处理，得到第一平均强度图和包裹相位图；其中，第一图片序列为将生成的测量条纹序列投影至物体表面时得到的图片序列；获取物体的第二图片序列，并对第二图片序列进行处理，得到编码相位图、第二平均强度图和强度调制图；其中，第二图片序列为将生成的复合条纹序列投影至所述物体表面时得到的图片序列；复合条纹序列为嵌入相位码字和灰度码字后的条纹序列；基于编码相位图、第一平均强度图、第二平均强度图以及强度调制图，获得物体的相位编码条纹阶次和灰度编码条纹阶次；基于灰度编码条纹
阶次和相位编码条纹阶次，对包裹相位图进行处理，得到对物体进行三维构建时使用的标准绝对相位图。本发明在进行相位解包裹时，使用嵌入相位码字和灰度码字后的复合条纹序列对物体进行相位解包裹处理，而复合条纹序列在嵌入码字时同时考虑了相位域和强度域，使得解码后的码字数量得到扩展，由此，以可展开高频包裹相位图，得到精确度高的标准绝对相位图，从而构建高精度的物体的三维形状。
附图说明
54.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
55.图1为本发明实施例提供的一种相位解包裹方法的方法流程图；
56.图2为本发明实施例提供的一种相位解包裹方法的另一方法流程图；
57.图3为本发明实施例提供的一种相位解包裹方法的又一方法流程图；
58.图4为本发明实施例提供的一种相位解包裹方法的再一方法流程图；
59.图5为本发明实施例提供的一种标准球体的三维形状的效果图；
60.图6为本发明实施例提供的一种复杂物体的三维形状的效果图；
61.图7为本发明实施例提供的一种两个孤立复杂物体的三维形状的效果图；
62.图8为本发明实施例提供的一种相位解包裹装置的结构示意图；
63.图9为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
64.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
65.在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
66.本发明可用于众多通用或专用的计算装置环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器装置、包括以上任何装置或设备的分布式计算环境等等。
67.本发明实施例提供一种相位解包裹方法，该方法可以应用在物体三维构建平台，其执行主体可为计算机终端或各种移动设备的处理器，所述方法的方法流程图如图1所示，具体说明如下所述：
68.s101、获取物体的第一图片序列，并对所述第一图片序列进行处理，得到所述物体的第一平均强度图和包裹相位图；其中，所述第一图片序列为将生成的测量条纹序列投影
至所述物体表面时得到的图片序列。
69.使用投影设备将生成的测量条纹序列投影在物体的表面上，优选的，测量条纹序列使用计算机生成，测量条纹序列中包含多幅测量条纹图，将测量条纹序列中的各个测量条纹序列图依次投影在物体表面，获得每幅测量条纹图投影在物体表面时的第一图片，第一图片为对应的测量条纹图投影至物体表面时相机对物体采集到的图片；基于各个第一图片组成第一图片序列。
70.使用n步相移法生成测量条纹序列，其中，生成测量条纹序列时可使用正弦条纹或是余弦条纹生成；使用余弦条纹生成的测试条纹序列可称为余弦条纹序列，余弦条纹序列中包含多幅余弦条纹图；使用正弦条纹生成的测试条纹序列可称为正弦条纹序列，正弦条纹序列中包含多幅正弦条纹图。n步相移法可为三步相移法、四步相移法等中的任意一种，其中，测量条纹序列中的相邻的测量条纹图之间的相位差为测量条纹图的总数目为n，n≥3；进一步的，测量条纹序列可表示为：i
1”,i
″2,...,i”n
，其中，i
1”至i”n
均表示测量条纹图。本发明中的第一图片序列可表示为：i
′1,i'2,...,i'
n
，其中，i
′1至i'
n
均表示第一图片；其中，第一图片i
′1为测量条纹图i
″1投影至物体表面后采集到的图片，即i
′1为将i
″1投影至物体表面后采集到的第一图片；第一图片i'2为测量条纹图i
″2投影至物体表面后采集到的图片，即i'2为将i
″2投影至物体表面后采集到的第一图片；以此类推，第一图片i'
n
为测量条纹图i”n
投影至物体表面后采集到的图片，即i'
n
为将i”n
投影至物体表面后采集到的第一图片。
71.对第一图片序列中的各个第一图片进行处理，以得到物体的第一平均强度图和包裹相位图，具体的，将第一图片序列分别代入预设的第一平均强度图和包裹相位图计算公式进行计算，将平均强度公式输出的结果作为第一平均强度图，以及将包裹相位图计算公式输出的结果作为包裹相位图；
72.所述第一平均强度图计算公式为：
73.所述包裹相位图计算公式为：
74.其中，a表示第一平均强度图；φ表示包裹相位图；i'
n
表示将i”n
投影至物体表面时采集到的第一图片；n为测量条纹图的总数目，n≥3。
75.s102、获取所述物体的第二图片序列，并对所述第二图片序列进行处理，得到所述物体的编码相位图、第二平均强度图和强度调制图；其中，所述第二图片序列为将生成的复合条纹序列投影至所述物体表面时得到的图片序列；所述复合条纹序列为嵌入相位码字和灰度码字后的条纹序列。
76.复合条纹序列中包含多张复合条纹图，其中，复合条纹序列中的复合条纹图的数量与测量条纹序列中的测量条纹图的数量相同。第二图序列中包含多张第二图片，第二图片的数量与复合条纹序列中的复合条纹图的数量相同。
77.优选的，复合条纹序列可根据使用需求进行设计，使用计算机生成所需要的复合
条纹序列，生成的复合条纹序列为将设计的相位码字和灰度码字均嵌入预设的标准条纹序列后的条纹序列，标准条纹序列可为余弦条纹序列，进行码字嵌入时可从余弦的相位和强度这两个方面进行码字嵌入，其中，强度可为余弦的辐射强度。
78.复合条纹序列可表示为：其中，至均表示复合条纹图。所述复合条纹序列中包含多幅复合条纹图，将复合条纹序列中的各幅复合条纹图依次投影到物体表面，应用相机等采集设备采集每幅复合条纹图投影到物体表面时的第二图片，并基于各个第二图片组成第二图片序列；第二图片序列可表示为：其中，至均表示第二图片；进一步的，第二图片表示复合条纹图投影至物体表面时采集到的图片，即表示将投影至物体表面时采集到的第二图片；第二图片表示复合条纹图投影至物体表面时采集到的图片，即表示将投影至物体表面时采集到的第二图片；以此类推，第二图片表示复合条纹图投影在物体表面时采集到的图片，即表示将投影在物体表面时采集到的第二图片。
79.复合条纹序列中复合条纹图和第二图片序列中的第二图片序列均可使用表达式进行标识，具体说明入下：
80.复合条纹序列中的复合条纹图可表示为：
[0081][0082]
第二图片序列中的第二图片可表示为：
[0083][0084]
其中，a
p
和b
p
为常数，一般设置为0.5；表示设计的相位码字；α为设计的灰度码字；ψ表示编码灰度图；φ
s
表示编码相位图；0.5b表示相机所采集到的第二图片的强度调制值；a表示第一平均强度图。
[0085]
本发明实施例提供的方法中，在得到第二图片序列后，调用预设的编码相位图表达式、第二平均强度图表达式以及强度调制图表达式对第二图片序列进行处理，得到物体的编码相位图、第二平均强度图和强度调制图。
[0086]
具体的，编码相位图表达式如下所示：
[0087][0088]
其中，此处的φ
s
表示编码相位图；
[0089]
第二平均强度图表达式如下所示：
[0090][0091]
其中，a
s
表示第二平均强度图；
[0092]
强度调制图表达式如下所示：
[0093][0094]
其中，b
s
表示强度调制图；
[0095]
需要说明的是，编码相位图表达式、第二平均强度图和强度调制图表达式中的各个参数的说明可参照本文s101中的相关说明，此处不再进行赘述。
[0096]
s103、基于所述编码相位图、所述第一平均强度图、所述第二平均强度图以及所述强度调制图，获得所述物体的相位编码条纹阶次和灰度编码条纹阶次。
[0097]
本发明实施例提供的方法中，获取物体的相位编码条纹阶次和灰度编码条纹阶次的过程如下所述：
[0098]
对所述编码相位图进行解码处理，获得所述物体的相位编码条纹阶次；
[0099]
对所述第一平均强度图、所述第二平均强度图和所述强度调制图进行处理，得到所述物体的灰度编码条纹阶次。
[0100]
需要说明的是，对编码相位图进行解码处理时，可调用预设的编码相位图处理公式对编码相位图进行处理，以得到相位编码条纹阶次，可用k表示相位编码条纹阶次；
[0101]
具体的，编码相位图处理公式如下所述：
[0102]
其中，round()表示对数值进行四舍五入；k表示相位编码条纹阶次；φ
s
表示编码相位图；公式中的其他参数可参照上文的有关说明，此处不再进行赘述。
[0103]
将第一平均强度图、第二平均强度图和强度调制图带入预设的第一表达式进行运算，得到编码灰度图；对编码灰度图进行处理，得到灰度编码条纹阶次，可用c表示灰度编码条纹阶次；其中，第一表达式如下所示：
[0104]
此时的ψ表示编码灰度图；
[0105]
对编码灰度图进行处理时，可使用预设的第二表达式对编码灰度图进行处理，以得到灰度编码条纹阶次，第二表达式如下所示：
[0106]
其中，公式中的ψ为编码灰度图；c表示灰度编码条纹阶次；公式中其他参数可参照上文的相关说明，此处不再进行赘述。
[0107]
s104、基于所述灰度编码条纹阶次和所述相位编码条纹阶次，对所述包裹相位图进行处理，得到对所述物体进行三维构建时使用的标准绝对相位图。
[0108]
本发明中的灰度编码条纹阶次和相位编码条纹阶次经过对第一图片序列和第二图片序列进行处理得到，第二图片序列为通过相位码字和灰度码字混合嵌入后的复合条纹序列得到，结合灰度编码条纹阶次和相位编码条纹阶次，码字数量可以扩展到n
×
m，进而展开高频包裹相位图，得到精确度高的真实绝对相位图，从而构建高精度的物体的三维形状。
[0109]
本发明实施例提供的方法中，获取物体的第一图片序列，并对第一图片序列进行处理，得到物体的第一平均强度图和包裹相位图；其中，第一图片序列为将生成的测量条纹序列投影至物体表面时得到的图片序列；获取物体的第二图片序列，并对第二图片序列进
行处理，得到物体的编码相位图、第二平均强度图和强度调制图；其中，第二图片序列为将生成的复合条纹序列投影至物体表面时得到的图片序列，复合条纹序列为嵌入相位码字和灰度码字后的条纹序列；基于编码相位图，第一平均强度图、第二平均强度图以及强度调制图，获得物体的相位编码条纹阶次和灰度编码条纹阶次；基于灰度编码条纹阶次和相位编码条纹阶次，对包裹相位图进行处理，得到对物体进行三维构建时使用的标准就绝对相位图。本发明提供的方法中，基于测试条纹序列和复合条纹序列得到灰度编码条纹阶次和相位编码条纹阶次，其中，复合条纹序列为将设计的相位码字和灰度码字均嵌入预设的标准条纹序列后的条纹序列，结合灰度编码条纹阶次和相位编码条纹阶次，码字数量可以扩展到n
×
m，进而展开高频包裹相位图，得到精确度高的真实绝对相位图，从而构建高精度的物体的三维形状。
[0110]
本发明实施例提供的方法中，生成复合条纹序列的过程如图2所示：
[0111]
s201、获取各个码字计算因子和各个码字计算因子之间的处理关系。
[0112]
本发明实施例提供的方法中，获取各个码字计算因子，并获取各个码字计算因子之间的处理关系，进一步的，各个码字计算因子之间的处理关系可为对各个码字计算因子进行计算的流程。具体的，本发明中的码字计算因子包含投影仪像素坐标x、周期条纹像素数p、2π范围内相位编码量化等级数m以及灰度码字量化等级数n。
[0113]
s202、基于所述各个码字计算因子之间的处理关系，对各个所述码字计算因子进行处理，以得到相位码字和灰度码字。
[0114]
各个码字计算因子之间的处理关系可为计算关系，计算关系可使用运算表达式进行表示，各个码字计算因子之间的处理关系可参照相位码字表达式和灰度码字表达式。根据各个码字计算因子之间的处理关系对各个所述码字计算因子进行运算，得到相位码字表达式输出的相位码字和灰度码字表达式输出的灰度码字；即将各个码字计算因子分别代入表达式中对应的位置，以得到相位码字和灰度码字。
[0115]
其中，在不同的条件下相位码字表达式有所不同，本发明中的相位码字用表示，具体如下所述：
[0116]
当时，相位码字表达式为：
[0117][0118]
当时，相位码字表达式为：
[0119][0120]
本发明中的灰度码字用α表示，灰度码字表达式为：
[0121][0122]
其中，floor()表示向下取整函数；mod()表示求余函数；x表示投影仪像素坐标；p
表示周期条纹像素数；m表示2π范围内相位编码量化等级数；n表示灰度码字量化等级数。
[0123]
s203、将所述相位码字和所述灰度码字均嵌入预设的标准条纹序列中，以得到复合条纹序列。
[0124]
本发明实施例提供的方法中，将相位码字以相位的形式嵌入到标准条纹序列中，将灰度码字以强度的形式嵌入到周期性的标准条纹序列中，以得到复合条纹序列，复合条纹序列可表示为：其中，标准条纹序列可由标准余弦组成或是由标准正弦组成；进一步的，在将灰度码字和相位码字均嵌入至标准余弦条纹序列中后，可得到特殊码字序列，此时的特殊码字序列包含由相位码字组成的相位码字序列和由灰度码字组成的灰度码字序列，再对特殊码字序列进行处理，得到复合条纹序列，也可将特殊码字序列直接作为复合条纹序列。本发明设计复合条纹序列时，将相位码字和灰度码字编码至余弦条纹序列中，得到复合了两者的复合条纹编码，由此，这种策略可称为相位
‑
灰度复合条纹编码策略；应用相位
‑
灰度复合条纹编码策略设计复合条纹序列，在设计时同时考虑了相位域和强度域，其中，相位域是指条纹序列的相位，而强度域是指条纹序列的辐射强度，以相位的形式将相位码字嵌入到标准余弦条纹序列中，以及以强度的形式将灰度码字强入到标准余弦条纹序列中，生成的复合条纹序列有效扩展了相位编码在高频解码过程中的码字数量，解决了传统相位编码中码字数量的限制，可以提高对物体进行三维构建时的精度。
[0125]
本发明中基于灰度编码条纹阶次和相位编码条纹阶次，对包裹相位图进行处理，得到对物体进行三维构建时使用的标准绝对相位图的过程如图3所示，具体说明如下所述：
[0126]
s301、对所述灰度编码条纹阶次进行校正。
[0127]
本发明实施例提供的方法中，在得到灰度编码条纹阶次后，为减少外部环境和噪声等因素影响，需要对灰度编码条纹阶次校正，由此可减少误差，提高灰度编码条纹阶次的准确度，对灰度编码条纹阶次进行校正的过程如图4所示，具体说明如下所述：
[0128]
s401、对所述灰度编码条纹阶次中的每个条纹阶次子区域进行二值化处理，得到每个所述条纹阶次子区域的二值图像。
[0129]
本发明实施例提供的方法中，灰度编码条纹阶次中存在多个条纹阶次子区域，对每个条纹阶次子区域进行二值化处理，以得到每个条纹阶次子区域的二值图像；每个条纹阶次子区域进行二值化处理的过程为：将该条纹阶次子区域置1，并将其他条纹阶次子区域置0，得到该条纹阶次子区域的二值图像。
[0130]
s402、对每个所述二值图像进行孔洞填充处理，得到每个所述条纹阶次子区域的校正条纹阶次，以完成对所述灰度编码条纹阶次的校正。
[0131]
本发明实施例提供的方法中，对每个二值图像进行孔洞填充处理后，得到每个条纹阶次子区域对应的校正条纹阶次，由此可完成对每个条纹阶次子区域的校正，至此完成对灰度编码条纹阶次的校正。
[0132]
本发明实施例提供的方法中，通过对灰度编码条纹阶次的校正，可减少噪声和环境光等因素的影响，得到准确度高的灰度编码条纹阶次，进而提高对物体三维构建的精度。
[0133]
s302、基于所述相位编码条纹阶次和校正后的灰度编码条纹阶次，对所述包裹相位图进行转换处理，以得到第一绝对相位图。
[0134]
本发明实施例提供的方法中，调用预设的转换公式对校正后的灰度编码条纹阶次、相位编码条纹阶次以及包裹相位图进行处理，以将包裹相位图转换成第一绝对相位图，
其中，第一绝对相位图可使用φ表示；
[0135]
需要说明的是，转换公式有两个，可根据不同的情况使用，具体如下所述：
[0136]
当mod(c,2)＝＝0时，转换公式如下所示：
[0137]
φ＝φ+2π
×
(
‑
k
‑
1+c
×
m)；
[0138]
当mod(c,2)≠0时，转换公式如下所示：
[0139]
φ＝φ+2π
×
(k+(c
‑
1)
×
m)；
[0140]
需要说明的是，转换公式中的各个参数可参照上文的释义，此处不再进行赘述。
[0141]
s303、对所述第一绝对相位图进行校正，以得到对所述物体进行三维构建时使用的标准绝对相位图。
[0142]
调用中值滤波对所述第一绝对相位图进行处理，得到第二绝对相位图；其中，中值滤波为medfilt2()，调用中值滤波对第一绝对相位进行处理的过程如下表达式所示：
[0143]
其中，medfilt2()表示中值滤波；round()表示对数值进行四舍五入；φ表示包裹相位图；φ'表示使用中值滤波对第一绝对相位图进行处理后得到的相位图，即第二绝对相位图。
[0144]
基于所述第二绝对相位图，得到所述物体的绝对相位梯度；使用预设的绝对梯度表达式对第二绝对相位图进行处理，得到物体的绝对相位梯度，绝对梯度表达式如下所示：
[0145]
g
x
(x,y)＝φ'(x+1,y)
‑
φ'(x,y)；
[0146]
g
y
(x,y)＝φ'(x,y+1)
‑
φ'(x,y)；
[0147][0148]
其中，g
x
(x,y)表示x方向梯度；g
y
(x,y)表示y方向梯度；g(x,y)表示物体的绝对相位梯度。
[0149]
基于所述绝对相位梯度和所述第二绝对相位图得到对所述物体进行三维构建时使用的标准绝对相位图。
[0150]
本发明中，基于绝对相位梯度和第二绝对相位图得到物体进行三维构建时使用的标准绝对相位图，具体的，如果g(x,y)＞π，
[0151]
则
[0152]
如果g(x,y)≤π，
[0153]
则φ”(x,y)＝φ'(x,y)；
[0154]
其中，φ”表示标准绝对相位图。
[0155]
本发明实施例提供的方法中，绝对相位图中存在着包裹相位和条纹阶次不对齐的情况，可将这些相位看作脉冲噪声，即绝对相位图的误差点，本发明为了确保去除绝对相位图中的误差点以及减少测量结果中的异常值，本发明利用中值滤波和物体的绝对相位梯度校正误差点，解决了包裹相位和条纹阶次不对齐的问题，提高测量的准确性以及实现高完整性的三维重建。
[0156]
本发明实施例提供的方法中，将测试条纹序列投影在物体上，以获取与测试条纹序列对应的第一图片序列，并对第一图片序列进行处理，得到物体的第一平均强度图和包
裹相位图；将预先生成的复合条纹序列投影在物体上，获取与复合条纹序列对应的第二图片序列，并对第二图片序列进行处理，得到物体的编码相位图、第二平均强度图和强度调制图；基于编码相位图、第一平均强度图、第二平均强度图以及强度调制图，获得物体的相位编码条纹阶次和灰度编码条纹阶次；对灰度编码条纹阶次进行校正，并基于矫正后的灰度编码条纹阶次和相位编码条纹阶次，将包裹相位图转换成第一绝对相位图；对第一绝对相位图进行校正，以得到对物体进行三维构建时所需的标准绝对相位图；本发明使用正弦条纹序列和复合条纹序列对物体进行测量，对测量得到的结果进行处理后，得到物体的相位编码条纹阶次和灰度编码条纹阶次，并对灰度编码条纹阶次进行校正，并使用校正后的灰度编码条纹阶次和相位编码条纹阶次将包裹相位图转换成第一绝对相位图，对第一绝对相位图进行校正，以得到对物体进行三维构建时使用的标准绝对相位图，通过对灰度编码条纹阶次和第一绝对相位图进行校正，有效将测量中产生的误差值消除，得到准确度更高的标准绝对相位图，可应用标准绝对相位图对物体进行高精度的三维构建。
[0157]
本发明实施例提供的方法中的复合条纹序列是基于相位
‑
灰度复合条纹编码策略生成的，复合条纹序列扩展了相位编码在高频解码过程中的码字数量，解决了传统相位编码中码字数量限制；在2π范围内，相位码字被设计成阶梯形状，相位编码量化等级数为m；相邻2π范围的连接处相位码字相同以避免相位码字突变；灰度码字量化等级数为n，当灰度码字增加时，易受到噪声和环境光等因素影响，为解决这个问题，本发明对解码得到的灰度编码条纹阶次区域形成二值图像，并对其进行孔洞填充，得到准确度高的灰度编码条纹阶次，将相位编码和灰度码字混合编码成复合条纹图案，所以通过相位
‑
灰度复合条纹编码策略将码字数扩展到m
×
n，解决了传统相位编码中码字数量的限制。本发明中为了在码字数量增加后确保绝对相位图的准确度，对于绝对相位图中由于包裹相位与码字不对齐存在误差点的情况，本发明利用中值滤波操作消除误差点，对于中值滤波无法消除的误差点，本发明利用绝对相位的梯度来进一步校正误差点，解决了包裹相位和条纹阶次不对齐的问题，最终得到校正的真实绝对相位图，从而实现完整性三维重建。
[0158]
本发明主要改进点包括三个方面，其一是采用相位
‑
灰度复合条纹编码策略来扩展相位编码在高频解码过程中的码字数量，码字数量的增加可以实现高频包裹相位解包裹；其二是对灰度编码条纹阶次区域形成二值图像，并对其进行孔洞填充，得到准确度高的灰度编码条纹阶次；其三是基于中值滤波和物体的绝对相位梯度来进一步校正误差点，得到标准绝对相位图，对本发明中的每个方面分别进行说明。
[0159]
一、采用相位
‑
灰度复合条纹编码策略来扩展相位编码码字数量，进而可以实现高频包裹相位解包裹的具体过程如下：
[0160]
步骤(1)，利用n(n≥3)步相移法生成正弦条纹序列，将n(n≥3)副相位差为的一组正弦条纹图i
″1,i
″2,...,i”n
，依次投射到物体上，以获得和正弦条纹序列对应的一组第一图片i
′1,i'2,...,i'
n
(即，与正弦条纹序列对应的第一图片序列)；使用下述的公式计算物体的第一平均强度图a以及需要相位展开的包裹相位图φ；
[0161]
[0162][0163]
步骤(2)，设计特殊的相位编码混合灰度编码的码字序列，计算出相位码字和灰度码字α，将相位码字以相位的形式嵌入到周期性的余弦条纹中，灰度码字α以强度形式嵌入到平均强度中；根据设计的码字序列，生成特殊的复合条纹序列并利用投影仪将复合条纹序列投影到测量物体表面，经过物体表面调制的最终复合条纹图像(即第二图片)被相机记录，得到与复合条纹序列对应的第二图片序列
[0164]
当时，相位码字：
[0165][0166]
当时，相位码字：
[0167][0168]
灰度码字为：
[0169][0170]
复合条纹序列中的复合条纹图为：
[0171]
第二图片序列中的第二图片为：对上述各个公式中的参数进行说明，其中，a
p
和b
p
为常数，一般设置为0.5；x表示投影仪像素坐标；p表示周期条纹像素数；m表示2π范围内相位编码量化等级数；n表示回复码字量化等级数；floor()表示向下取整函数；mod()表示求余函数；表示投影机投影的复合条纹图；表示相机采集的第二图片；φ
s
表示设计的相位码字；α表示设计的灰度码字；ψ表示编码灰度图；0.5b表示相机所采集到的第二图片的强度调制值。
[0172]
可选的，本发明中，2π范围内相位编码量化等级数设置为8，灰度码字量化等级数设置为8，所以生成的码字数为64；中值滤波模板大小设置为5
×
5。
[0173]
步骤(3)，利用物体的第二图片序列(0＜n≤n)计算物体的编码相位图φ
s
、第二平均强度图a
s
和强度调制图b
s
，所应用的公式如下所示：
[0174][0175][0176][0177]
此步骤的相关公式中的相关参数的说明可参照步骤(1)至(2)中的相关说明，此处不再进行赘述。
[0178]
步骤(4)，利用编码相位图φ
s
得到物体的相位编码条纹阶次k；利用第一平均强度图a、第二平均强度图a
s
以及强度调制图b
s
得到灰度编码条纹阶次c；所应用的公式如下所示：
[0179][0180][0181][0182]
其中，round()表示对数值进行四舍五入；此步骤提及的公式中的其他参数可参考步骤(1)至(3)的相关说明，此处不再进行赘述。
[0183]
二、对灰度编码条纹阶次区域形成二值图像，并对其进行孔洞填充，得到准确度高的灰度编码条纹阶次的具体过程如下所述：
[0184]
针对于解码后的灰度编码条纹阶次c，选择其中的一个条纹阶次，该阶次区域置1，其余的阶次区域置0，形成二值图像并对其进行孔洞填充，进而得到该区域校正的条纹阶次；对所有的灰度编码条纹阶次依次进行填充操作，最后获得整体的校正后的灰度编码条纹阶次c。
[0185]
三、基于中值滤波后的绝对相位梯度来进一步校正误差点，得到真实的绝对相位图的具体步骤如下：
[0186]
步骤(1)，利用物体的相位编码条纹阶次k和校正后的灰度编码条纹阶次c将包裹相位图φ转换为绝对相位图φ：
[0187]
当mod(c,2)＝＝0时，
[0188]
φ＝φ+2π
×
(
‑
k
‑
1+c
×
m)；
[0189]
当mod(c,2)≠0时，
[0190]
φ＝φ+2π
×
(k+(c
‑
1)
×
m)；
[0191]
步骤(2)，利用中值滤波和滤波后的绝对相位梯度来进一步校正绝对相位图φ的误差点，得到真实的绝对相位图，从而实现高完整性三维重建，对绝对相位图进行校正所应用的公式如下所示：
[0192][0193]
g
x
(x,y)＝φ'(x+1,y)
‑
φ'(x,y)；
[0194]
g
y
(x,y)＝φ'(x,y+1)
‑
φ'(x,y)；
[0195][0196]
如果g(x,y)＞π，
[0197][0198]
如果g(x,y)≤π，
[0199]
φ”(x,y)＝φ'(x,y)；
[0200]
需要说明的是，medfilt2()表示中值滤波；g
x
(x,y)表示x方向梯度；g
y
(x,y)表示y方向梯度；g(x,y)表示绝对梯度；φ”表示真实绝对相位图；φ'表示使用中值滤波对绝对相位图进行处理后得到的相位图。
[0201]
参照图5至图7均为本发明在应用时的效果图，其中，图5为对标准球的三维形状的效果图，图6为复杂物体的三维形状的效果图，图7为两个孤立复杂物体的三维形状的效果图。
[0202]
对图5进行说明，将正弦条纹序列中的每个正弦条纹图依次投影在标准球体上，以采集到每张正弦条纹图投影在标准球体上时的图片，图5中的(a)即为采集到的各张图片中的其中一张；将复合条纹序列中的每个复合条纹图投影在标准球体上，以采集到每张复合条纹图投影在标准球体上时的图片，图5中的(b)即为采集到的各张图片中的其中一张；图5中的(c)为进行校正后的真实绝对相位图；图5中的(d)使用真实绝对相位图构建的标准球体的三维形状。
[0203]
对图6进行说明，将正弦条纹序列中的每个正弦条纹图依次投影在复杂物体上，以采集到每张正弦条纹图投影在复杂物体上时的图片，图6中的(a)即为采集到的各张图片中的其中一张；将复合条纹序列中的每个复合条纹图投影在复杂物体上，以采集到每张复合条纹图投影在复杂物体上时的图片，图6中的(b)即为采集到的各张图片中的其中一张；图6中的(c)为进行校正后的真实绝对相位图；图6中的(d)使用真实绝对相位图构建的复杂物体的三维形状。
[0204]
对图7进行说明，将正弦条纹序列中的每个正弦条纹图依次投影在两个孤立复杂物体上，以采集到每张正弦条纹图投影在两个孤立复杂物体上时的图片，图7中的(a)即为采集到的各张图片中的其中一张；将复合条纹序列中的每个复合条纹图投影在两个孤立复杂物体上，以采集到每张复合条纹图投影在两个孤立复杂物体上时的图片，图7中的(b)即为采集到的各张图片中的其中一张；图7中的(c)为进行校正后的真实绝对相位图；图7中的(d)使用真实绝对相位图构建的两个孤立复杂物体的三维形状。
[0205]
将本发明在实际中应用后，与传统的技术相比，本发明所提供的相位编码解包裹方法同时考虑相位域和强度域，采用相位
‑
灰度复合条纹编码策略，利用该策略扩展相位编码在高频解码过程中的码字数量，解决了传统相位编码中码字数量的限制本发明对所提供的后处理算法：孔洞填充、中值滤波和绝对相位梯度校正绝对相位误差点，解决了包裹相位
和条纹阶次不对齐的问题，最终得到真实高完整性绝对相位图。本发明采用基于相位
‑
灰度复合条纹编码策略的相位解包裹方法，实现了物体相位的高完整性像素级解包裹。
[0206]
与图1所述的方法相对应的，本发明实施例还提供一种相位解包裹装置，用于对图1中方法的具体实现，该装置可应用于三维构建平台，具体可应用于计算机终端或各种智能设备中，其结构示意图如图8所示，具体包括：
[0207]
第一获取单元801，用于获取物体的第一图片序列，并对所述第一图片序列进行处理，得到所述物体的第一平均强度图和包裹相位图；其中，所述第一图片序列为将生成的测量条纹序列投影至所述物体表面时得到的图片序列；
[0208]
第二获取单元802，用于获取所述物体的第二图片序列，并对所述第二图片序列进行处理，得到所述物体的编码相位图、第二平均强度图和强度调制图；其中，所述第二图片序列为将生成的复合条纹序列投影至所述物体表面时得到的图片序列；所述复合条纹序列为嵌入相位码字和灰度码字后的条纹序列；
[0209]
第三获取单元803，用于基于所述编码相位图、所述第一平均强度图、所述第二平均强度图以及所述强度调制图，获得所述物体的相位编码条纹阶次和灰度编码条纹阶次；
[0210]
第一处理单元804，用于基于所述灰度编码条纹阶次和所述相位编码条纹阶次，对所述包裹相位图进行处理，得到对所述物体进行三维构建时使用的标准绝对相位图。
[0211]
本发明实施例提供的装置，获取物体的第一图片序列，并对第一图片序列进行处理，得到物体的第一平均强度图和包裹相位图；其中，第一图片序列为将生成的测量条纹序列投影至物体表面时得到的图片序列；获取物体的第二图片序列，并对第二图片序列进行处理，得到物体的编码相位图、第二平均强度图和强度调制图；其中，第二图片序列为将生成的复合条纹序列投影至物体表面时得到的图片序列，复合条纹序列为嵌入相位码字和灰度码字后的条纹序列；基于编码相位图，第一平均强度图、第二平均强度图以及强度调制图，获得物体的相位编码条纹阶次和灰度编码条纹阶次；基于灰度编码条纹阶次和相位编码条纹阶次，对包裹相位图进行处理，得到对物体进行三维构建时使用的标准就绝对相位图；使用经过相位码字和灰度码字混合嵌入后的复合条纹序列和测量条纹序列对物体进行测量，得到的灰度编码条纹阶次和相位编码条纹阶次将码字数量扩展到n
×
m，进而展开高频包裹相位图，得到精确度高的标准绝对相位图，从而构建高精度的物体的三维形。
[0212]
本发明实施例提供的装置中，还可以配置为：
[0213]
运算单元，用于获取各个码字计算因子和各个码字计算因子之间的处理关系；
[0214]
第二处理单元，用于基于所述各个码字计算因子之间的处理关系，对各个所述码字计算因子进行处理，以得到相位码字和灰度码字；
[0215]
嵌入单元，用于将所述相位码字和所述灰度码字均嵌入预设的标准条纹序列中，以得到复合条纹序列。
[0216]
本发明实施例提供的装置中，所述第一处理单元804，可配置为：
[0217]
第一校正子单元，用于对所述灰度编码条纹阶次进行校正；
[0218]
转换子单元，用于基于所述相位编码条纹阶次和校正后的灰度编码条纹阶次，对所述包裹相位图进行转换处理，以得到第一绝对相位图；
[0219]
第二校正子单元，用于对所述第一绝对相位图进行校正，以得到对所述物体进行三维构建时使用的标准绝对相位图。
[0220]
本发明实施例提供的装置中，所述第一校正子单元，可配置为：
[0221]
第一处理模块，用于对所述灰度编码条纹阶次中的每个条纹阶次子区域进行二值化处理，得到每个所述条纹阶次子区域的二值图像；
[0222]
第二处理模块，用于对每个所述二值图像进行孔洞填充处理，得到每个所述条纹阶次子区域的校正条纹阶次，以完成对所述灰度编码条纹阶次的校正。
[0223]
本发明实施例提供的装置中，所述第二校正子单元，可配置为：
[0224]
调用模块，用于调用中值滤波对所述第一绝对相位图进行处理，得到第二绝对相位图；
[0225]
第一获得模块，用于基于所述第二绝对相位图，得到所述物体的绝对相位梯度；
[0226]
第二获得模块，用于基于所述绝对相位梯度和所述第二绝对相位图得到对所述物体进行三维构建时使用的标准绝对相位图。
[0227]
本发明实施例提供的装置中，所述第三获取单元803，可配置为：
[0228]
解码子单元，用于对所述编码相位图进行解码处理，获得所述物体的相位编码条纹阶次；
[0229]
第三处理子单元，用于对所述第一平均强度图、所述第二平均强度图和所述强度调制图进行处理，得到所述物体的灰度编码条纹阶次。
[0230]
本发明实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的指令，其中，在所述指令运行时控制所述存储介质所在的设备执行上述相位解包裹方法。
[0231]
本发明实施例还提供了一种电子设备，其结构示意图如图9所示，具体包括存储器901，以及一个或者一个以上的指令902，其中一个或者一个以上指令902存储于存储器901中，且经配置以由一个或者一个以上处理器903执行所述一个或者一个以上指令902进行以下操作：
[0232]
获取物体的第一图片序列，并对所述第一图片序列进行处理，得到所述物体的第一平均强度图和包裹相位图；其中，所述第一图片序列为将生成的测量条纹序列投影至所述物体表面时得到的图片序列；
[0233]
获取所述物体的第二图片序列，并对所述第二图片序列进行处理，得到所述物体的编码相位图、第二平均强度图和强度调制图；其中，所述第二图片序列为将生成的复合条纹序列投影至所述物体表面时得到的图片序列；所述复合条纹序列为嵌入相位码字和灰度码字后的条纹序列；
[0234]
基于所述编码相位图、所述第一平均强度图、所述第二平均强度图以及所述强度调制图，获得所述物体的相位编码条纹阶次和灰度编码条纹阶次；
[0235]
基于所述灰度编码条纹阶次和所述相位编码条纹阶次，对所述包裹相位图进行处理，得到对所述物体进行三维构建时使用的标准绝对相位图。
[0236]
上述各个实施例的具体实施过程及其衍生方式，均在本发明的保护范围之内。提供以上实施仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。
[0237]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或
系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0238]
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0239]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。