技術領域

本發明涉及對象形狀的三維測量，其基于將一個或多個條紋圖案光學投射到對象上并且分析自對象反射的最終一個或多個失真的條紋圖像。

背景技術

在本領域中，可以通過下述方法進行對象的三維形狀測量：利用投影儀將一個或多個條紋圖案投射到對象上并且隨后基于自對象反射且隨后由攝像機捕捉的一個或多個失真的條紋圖像計算對象形狀的深度分布。為了增加形狀測量的空間分辨率，每個條紋圖案可以包括周期性布置的條紋，每個條紋通過調制函數(該調制函數為或足夠接近正弦或余弦函數)加上某個常數在強度上被調制，從而調制的強度總是非負的。即，每個條紋大體上在強度上被正弦地調制。

利用大體上正弦調制的條紋圖案的三維形狀測量的概述在KARPINSKY，N.和ZHANG，S.在2010年8月6日的實時圖像處理雜志第5卷第3期第1-12頁中的“High-resolution，real-time3D?imaging?with?fringe?analysis”一文中有所介紹，通過引用將該文整體并入本文中。失真的條紋圖像通?？梢员唤椋?/p>

其中，I(x，y)是坐標(x，y)處觀察到的強度水平，I′(x，y)是失真條紋圖像上的平均強度，I″(x，y)是強度調制，而是相位。具體地，在失真條紋圖像的所有坐標上的值為的相位圖被用于計算對象形狀的深度分布。在本領域中，通常認為，基于失真條紋圖像或多個這種圖像中觀察到的強度水平的計算可能僅導致具有2π模糊的值，這是由于在計算時涉及到反正切函數。因此，通常被解釋為：

取值范圍在-π至π之間的θ(x，y)可以通過觀察到的強度水平計算得到，并且為整數的N(x，y)被稱為條紋級次。在本領域中，θ(x，y)值的集通常被引用為包裹相位圖，而相位圖可選地被稱為解包裹相位圖。一般而言，需要計算條紋級次以“解開(unwrap)”該包裹相位圖，以獲得解包裹相位圖。

條紋級次涉及失真條紋圖像中特定條紋與其條紋圖案中的原始位置相距的條紋周期的數量。輔助確定條紋級次的方法在SU，W.-H.在2007年10月1日的光學快報第五卷第20期第13167-13181頁中的“Color-encoded?fringe?projection?for3D?shape?measurements”一文中公開，通過引用將該文整體并入本文中。在該方法中，正弦條紋圖案疊加有由多個順序布置在一起的彩色條帶形成的彩色圖。相鄰的兩個彩色條帶具有大體上不同的顏色，從而在被對象失真之后為條紋提供識別標志。彩色條帶的寬度可以接近于條紋的寬度。由此，可以在彩色、正弦的條紋圖案被對象失真之后獲得條紋級次以形成彩色、失真的條紋圖像。彩色、失真的條紋圖像的強度分量被用于計算包裹相位圖。然而，由于對象的表面通常對不同顏色的光具有不同的反射反應，彩色條紋圖案中的多種顏色的存在將干擾引入到了彩色、失真的條紋圖像的強度分量中。這使得強度分量的分布并不完全地建模由對象形狀引起的失真，由此降低了對象形狀的三維測量的精度。

本領域中，需要一種在SU的教導之下改進的條紋圖案的設計，從而改進的設計使得能夠計算條紋級次，同時能夠維持測量精度。

發明內容

本發明提供了一種用于三維地測量對象形狀的光學方法。

該方法包括將一個預定條紋圖案投射到對象上或將不止一個預定條紋圖案相繼地投射到對象上。不止一個預定條紋圖案可以源自對于不同預定條紋圖案具有不同相位偏移的一個參考條紋圖案，每個相位偏移表示參考條紋圖案中的條紋的位置偏移。因此，對象使一個或多個預定條紋圖案失真，由此生成一個或多個失真條紋圖像。該方法還包括分析一個或多個失真條紋圖像以估計解包裹相位圖，該解包裹相位圖表征一個或多個失真條紋圖像的一種或多種強度分布。因此，可以通過解包裹相位圖獲得對象形狀的深度分布。

一個或多個預定條紋圖案中的每一個均包括周期性地布置在其上的多個條紋。每個條紋具有條紋寬度，并且強度在條紋寬度上被調制。優選地，強度大體上被正弦調制。具體地，一個或多個預定條紋圖案中的至少一個還被配置成彩色編碼的條紋圖案。