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专利号: 202511045303X
申请人: 武汉工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-17
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种互反射环境下的数字光栅投影三维重建方法,其特征在于,该方法包括:对基于相高法的数字光栅投影系统进行相位‑高度标定,建立相位与高度的转换模型;

确定相移图像的第一频率和第二频率以及标记条纹周期的格雷码图像,基于第一频率生成第一组多步相移图像,基于第二频率生成第二组多步相移图像,并向物体表面投射;其中,第二频率为第一频率的两倍或一半,即第二组多步相移图像的条纹周期为第一组多步相移图像的条纹周期的一半或两倍;

捕获物体表面反射并调制后的条纹图像,基于第一组多步相移图像对应的条纹图像获取第一包裹相位,基于第二组多步相移图像对应的条纹图像获取第二包裹相位,判断同一位置像素的第一包裹相位与第二包裹相位是否符合第一频率和第二频率所确定的包裹相位关系;若否,则该位置像素发生相位干扰并滤除;

基于剩余位置像素的包裹相位和格雷码图像确定的条纹周期数获得剩余位置像素的绝对相位,并结合标定好的相位与高度的转换模型计算物体的高度,生成物体点云;

其中,使用格雷码标记和计算条纹周期,包括:

计算需要标记的条纹周期数为 ,确定至少需要的格雷码图数为 ,基于传统格雷码生成规则生成格雷码图像以标记条纹周期;其中,T为相移图像的周期,l为相移图像横坐标长度, 表示向上取整函数;

格雷码标记的条纹周期数为 ,由下列公式获得:

式中, 为第i张格雷码图像处坐标为 处的像素位置的图像灰度值, 为图像处坐标为 处的像素位置对应的十进制格雷码。

2.根据权利要求1所述的互反射环境下的数字光栅投影三维重建方法,其特征在于,对基于相高法的数字光栅投影系统进行相位‑高度标定,建立相位与高度的转换模型,包括:以T为相移图像的周期,生成用于计算包裹相位的n张相移图像,用于生成相移图像的公式为:式中, 为第k张相移图像中横坐标为x处的像素值, 为横坐标x处的包裹相位,T为相移图像的条纹周期,l为相移图像横坐标长度;

当相移图像为四步相移图时,捕获的图像灰度表示为:

式中, 表示像素坐标为 处的反射率,A为图像的背景光强,B为调制光强,为包裹相位;

由于每个位置像素处的反射率不同,公式变形为:

将上述公式展开后变为:

将未知项 设为 , 设为 ,将捕获的四

张图像以超定方程的方式表示,则为:

=

该方程的解为:

=

=

求解包裹相位 的方程为:

以下面公式获得图像的绝对相位:

使用基于控制方程的相高模型来实现绝对相位 与高度 的转换:其中, 和 通过四组已知高度的图像的绝对相位获得。

3.根据权利要求1所述的互反射环境下的数字光栅投影三维重建方法,其特征在于,相移图像的第一频率和第二频率中有一个是标定时相移图像的频率,格雷码图像用于标记该频率的相移图像的条纹周期,并基于该频率的相移图像的包裹相位和格雷码图像确定的条纹周期数获得剩余位置像素的绝对相位。

4.根据权利要求1所述的互反射环境下的数字光栅投影三维重建方法,其特征在于,当第二组多步相移图像的条纹周期为第一组多步相移图像的条纹周期的一半时,包裹相位关系为:式中, 为第一包裹相位, 为第二包裹相位。

5.根据权利要求1所述的互反射环境下的数字光栅投影三维重建方法,其特征在于,基于相高法的数字光栅投影系统包括数字投影仪、远心镜头、相机和计算机;物体置于数字投影仪和相机的共同视场内,数字投影仪按照预设的相位序列向物体投射两组多步相移图像和格雷码图像,相机通过远心镜头捕获物体表面反射并调制后的条纹图像;计算机对捕获的图像进行相位解包裹和相位‑高度映射,建立相位与高度的转换模型。

6.一种互反射环境下的数字光栅投影三维重建装置,其特征在于,该装置包括:标定单元,用于对基于相高法的数字光栅投影系统进行相位‑高度标定,建立相位与高度的转换模型;

投射单元,用于确定相移图像的第一频率和第二频率以及标记条纹周期的格雷码图像,基于第一频率生成第一组多步相移图像,基于第二频率生成第二组多步相移图像,并向物体表面投射;其中,第二频率为第一频率的两倍或一半,即第二组多步相移图像的条纹周期为第一组多步相移图像的条纹周期的一半或两倍;

滤除单元,用于捕获物体表面反射并调制后的条纹图像,基于第一组多步相移图像对应的条纹图像获取第一包裹相位,基于第二组多步相移图像对应的条纹图像获取第二包裹相位,判断同一位置像素的第一包裹相位与第二包裹相位是否符合第一频率和第二频率所确定的包裹相位关系;若否,则该位置像素发生相位干扰并滤除;

生成单元,用于基于剩余位置像素的包裹相位和格雷码图像确定的条纹周期数获得剩余位置像素的绝对相位,并结合标定好的相位与高度的转换模型计算物体的高度,生成物体点云;

其中,使用格雷码标记和计算条纹周期,包括:

计算需要标记的条纹周期数为 ,确定至少需要的格雷码图数为 ,基于传统格雷码生成规则生成格雷码图像以标记条纹周期;其中,T为相移图像的周期,l为相移图像横坐标长度, 表示向上取整函数;

格雷码标记的条纹周期数为 ,由下列公式获得:

式中, 为第i张格雷码图像处坐标为 处的像素位置的图像灰度值, 为图像处坐标为 处的像素位置对应的十进制格雷码。

7.一种计算机设备,其特征在于,包括:处理器和存储器,存储器存储可在处理器上运行的程序或指令,程序或指令被处理器执行时实现权利要求1至5中任意一项所述的互反射环境下的数字光栅投影三维重建方法的步骤。

8.一种可读存储介质,其特征在于,其上存储有程序或指令,程序或指令被处理器执行时实现权利要求1至5中任意一项所述的互反射环境下的数字光栅投影三维重建方法的步骤。