CN109443239A - 结构光测量方法、装置、设备、存储介质及*** - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种结构光测量方法、装置、设备、存储介质及***，包括：接收结构光编码方式选择指令；根据所述结构光编码方式选择指令生成目标结构光栅条纹，不同结构光编码方式选择指令对应不同的目标结构光栅条纹；将所述目标结构光栅条纹发送至投影仪，以使投影仪投射目标结构光栅条纹至目标物体；获取包含所述目标物体的投影图像并生成所述目标物体的三维形貌特征信息。采用上述技术方案可以解决现有技术中结构光三维扫描方法应用场景单一的技术问题。

Description

结构光测量方法、装置、设备、存储介质及***

技术领域

本申请实施例涉及计算机视觉测量技术领域，尤其涉及一种结构光测量方法、装置、设备、存储介质及***。

背景技术

物体的三维形貌特征是物体最基本、最重要的特征之一。人类通过三维形貌特征确定物体的轮廓，进而实现对物体的认识，从而实现对物体的比较、记录以及复制。因此，实现物体的三维形貌特征测量有着重要的意义。

现有技术中，存在多种三维形貌特征测量方法。例如，结构光三维扫描方法。其中，结构光三维扫描方法是一种结合结构光技术、相位测量技术、计算机视觉技术的复合三维非接触式测量技术。然而，现有的结构光三维扫描方法仅能利用特定的结构光栅条纹对特定场景的物体进行三维形貌特征测量，使得结构光三维扫描方法应用场景单一。

发明内容

本申请提供了一种结构光测量方法、装置、设备、存储介质及***，以解决现有技术中结构光三维扫描方法应用场景单一的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种结构光测量方法，包括：

接收结构光编码方式选择指令；

根据所述结构光编码方式选择指令生成目标结构光栅条纹，不同结构光编码方式选择指令对应不同的目标结构光栅条纹；

将所述目标结构光栅条纹发送至投影仪，以使投影仪投射目标结构光栅条纹至目标物体；

获取包含所述目标物体的投影图像并生成所述目标物体的三维形貌特征信息。

进一步的，所述目标结构光栅条纹包括：三步相移光栅条纹、四步相移光栅条纹以及2×3相移光栅条纹中的至少一个。

进一步的，所述目标结构光栅条纹为2×3相移光栅条纹时，所述根据所述结构光编码方式选择指令生成目标结构光栅条纹包括：

根据所述结构光编码方式选择指令生成三幅第一黑白条纹相移图案和三幅第二黑白条纹相移图案，所述第一黑白条纹相移图案和所述第二黑白条纹相移图案的空间周期不同，且三幅所述第一黑白条纹相移图案之间相差设定相移量，三幅所述第二黑白条纹相移图案之间相差设定相移量。

进一步的，所述第一黑白条纹相移图案和第二黑白条纹相移图案均为行正弦黑白条纹相移图案或列正弦黑白条纹相移图案。

进一步的，第一幅所述第一黑白条纹相移图案和第一幅所述第二黑白条纹相移图案中各像素点的正弦条纹强度分布为：

第二幅所述第一黑白条纹相移图案和第二幅所述第二黑白条纹相移图案中各像素点的正弦条纹强度分布为：

第三幅所述第一黑白条纹相移图案和第三幅所述第二黑白条纹相移图案中各像素点的正弦条纹强度分布为：

其中，(x,y)表示像素点，I’(x,y)为条纹的平均强度，I”(x,y)为调制强度，δ为设定相移量且δ＝2π/3，为包裹相位且

进一步的，所述投影图像由图像采集装置获得，所述图像采集装置为至少两个。

第二方面，本申请实施例还提供一种结构光测量装置，包括：

指令接收模块，用于接收结构光编码方式选择指令；

条纹生成模块，用于根据所述结构光编码方式选择指令生成目标结构光栅条纹，不同结构光编码方式选择指令对应不同的目标结构光栅条纹；

条纹投影模块，用于将所述目标结构光栅条纹发送至投影仪，以使投影仪投射目标结构光栅条纹至目标物体；

信息确定模块，用于获取包含所述目标物体的投影图像并生成所述目标物体的三维形貌特征信息。

第三方面，本申请实施例还提供一种结构光测量设备，包括：一个或多个处理器、通信装置及存储器；

所述通信装置用于与其他设备进行通信；

所述存储器用于存储一个或多个程序，当一个或多个程序被所述处理器执行时，使得处理器实现如第一方面所述的结构光测量方法。

第四方面，本申请实施例还提供一种计算机可读取存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一方面所述的结构光测量方法。

第五方面，本申请实施例还提供了一种结构光测量***，包括：投影仪以及如第三方面所述的结构光测量设备；

所述结构光测量设备与所述投影仪相连；所述投影仪用于投射目标结构光栅条纹至目标物体。

上述，通过接收结构光编码方式选择指令并生成对应的目标结构光栅条纹，进而使投影仪投影目标结构光栅条纹至目标物体，之后，获取包含目标物体的投影图像，进而通过投影图像确定目标物体的三维形貌特征信息的技术手段，实现了在结构光测量设备中设定多种结构光编码方式，且可以由用户根据实际情况确定需要的结构光编码方式，解决了现有技术中结构光三维扫描方法应用场景单一的技术问题，在测量目标物体的三维形貌特征时，实现了在多种结构光中选择所需的结构光，扩大了测量方法的使用范围及应用场景。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种结构光测量方法的流程图；

图2为光栅投影结构图；

图3为2×3相移编码方式时第一幅第一黑白条纹相移图案示意图；

图4为2×3相移编码方式时第二幅第一黑白条纹相移图案示意图；

图5为2×3相移编码方式时第三幅第一黑白条纹相移图案示意图；

图6为2×3相移编码方式时第一幅第二黑白条纹相移图案示意图

图7为2×3相移编码方式时第二幅第二黑白条纹相移图案示意图；

图8为2×3相移编码方式时第三幅第二黑白条纹相移图案示意图；

图9为三步相移编码方式时第一幅黑白条纹相移图案示意图；

图10为三步相移编码方式时第二幅黑白条纹相移图案示意图；

图11为三步相移编码方式时第三幅黑白条纹相移图案示意图；

图12为四步相移编码方式时第一幅黑白条纹相移图案示意图；

图13为四步相移编码方式时第二幅黑白条纹相移图案示意图；

图14为四步相移编码方式时第三幅黑白条纹相移图案示意图；

图15为四步相移编码方式时第四幅黑白条纹相移图案示意图；

图16为本申请实施例提供的一种结构光测量装置的结构示意图；

图17为本申请实施例提供的一种结构光测量设备的结构示意图；

图18为本申请实施例提供的一种结构光测量***的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。

图1为本申请实施例提供的一种结构光测量方法的流程图，该结构光测量方法可以由结构光测量装置执行，结构光测量装置可以通过软件和/或硬件的方式实现，并集成在结构光测量设备中。

具体的，结构光测量设备可以是计算机等数据处理设备。结构光测量设备包含在结构光测量***中，同时，结构光测量***中还包括投影仪，可选包括图像采集装置。实施例中，以结构光测量***同时包括投影仪和图像采集装置为例进行描述。

具体的，结构光测量设备分别与投影仪和图像采集装置相连，其中，该连接方式可以是有线连接方式或无线连接方式。通常，结构光测量***中各设备所采用同一空间坐标系，即在进行***搭建后及目标物体测量前，需要对结构光测量***进行标定。其中，具体的标定方式实施例不作限定。具体的，结构光测量设备可以生成需要发射的结构光栅条纹，并将结构光栅条纹发送至投影仪，以使投影仪向目标物体投影结构光栅条纹。同时，图像采集装置采集目标物体的投影图像，并发送至结构光测量设备，以使结构光测量设备对投影图像进行解码、立体匹配及视差计算等操作，进而生成点云模型，并将点云模型作为目标物体的三维形貌特征信息。

其中，投影仪和图像采集装置的数量和位置关系可以根据实际情况设定。例如，设置一个投影仪和两个图像采集装置。此时，投影仪和两个图像采集装置的重心位于同一直线，该直线优选为水平线，且投影仪位于两个图像采集装置之间。优选的，两个图像采集装置与投影仪间的夹角在15°-20°之间。此时，两个图像采集装置从两个不同的角度采集目标物体的投影图像，并发送至结构光测量设备。再如，设置两个投影仪和四个图像采集装置，其中，一个投影仪和两个图像采集装置为一组，且两组设备分别放置在目标物体的前方和后方。此时，每组设备的位置关系与设置一个投影仪和两个图像采集装置时的位置关系相同。又如，设置四个投影仪和八个图像采集装置，其中，一个投影仪和两个图像采集装置为一组，且四组设备分别放置在目标物体的前方、左方、后方和右方。此时，每组设备的位置关系与设置一个投影仪和两个图像采集装置时的位置关系相同。一般而言，投影仪的个数为至少一个，图像采集装置的个数为至少两个，且至少一个投影仪对应配置至少两个图像采集装置。

参考图1，本实施例中提供的结构光测量方法具体包括：

步骤110、接收结构光编码方式选择指令。

其中，结构光编码方式选择指令为用户发出的，用于选择结构光编码方式的指令。具体的，结构光测量设备中存在多种结构光编码方式，通过不同的结构光编码方式可以生成不同的结构光栅条纹。其中，结构光编码方式的具体类型可以根据实际情况设定。同时，用户还可以根据实际需求，添加或剔除结构光测量设备中的结构光编码方式。可选的，结构光测量设备预先为不同的结构光编码方式建立对应的索引，通过索引可以访问结构光编码方式的配置文件。当用户需要剔除结构光编码方式时，结构光测量设备可以向用户显示相应的剔除页面，该页面中包含当前已有的结构光编码方式的索引或者其他与索引关联的身份信息，用户可以通过选定索引的方式获取对应的配置文件，进而对该配置文件进行剔除。需要说明的是，剔除配置文件是指将配置文件暂时存储至暂缓区域，并保留一定的期限，该期限可以根据实际情况设定。当用户需要再次使用该配置文件时，可以从暂缓区域中恢复配置文件。当用户需要增加结构光编码方式时，结构光测量设备可以向用户显示相应的增加页面，此时，用户可以通过烧录投影仪配置文件的方式，增加新的结构光编码方式，进而使得结构光测量设备根据新的结构光编码方式加载出新的结构光栅条纹。

进一步的，当需要用户选择结构光栅条纹时，结构光测量设备在桌面中为用户提供一个可以选择结构光编码方式的操作界面，或者是提供一个可以选择结构光编码方式的选择端口，以使用户根据当前的场景、目标物体以及自身的实际需求选择合适的结构光编码方式。当用户选择了合适的结构光编码方式时，结构光测量设备确定接收到结构光编码方式选择指令。

可以理解的是，上述以用户手动选择的方式，对结构光编码方式的添加、剔除以及选择进行描述，实际应用中，还可以由结构光测量设备自行根据实际情况添加、剔除以及选择结构光编码方式。

步骤120、根据所述结构光编码方式选择指令生成目标结构光栅条纹，不同结构光编码方式选择指令对应不同的目标结构光栅条纹。

具体的，根据结构光编码方式选择指令找到对应的配置文件，进而根据配置文件生成对应的光栅条纹。实施例中，生成的光栅条纹记为目标结构光栅条纹。通常目标结构光栅条纹为正弦光栅条纹。可选的，目标结构光栅条纹以图案的方式保存。

实施例中，设定结构光编码方式至少包括：三步相移编码方式、四步相移编码方式以及2×3相移编码方式中的至少一种。对应的，根据三步相移编码方式生成的目标结构光栅条纹记为三步相移光栅条纹。根据四步相移编码方式生成的目标结构光栅条纹记为四步相移光栅条纹。根据2×3相移编码方式生成的目标结构光栅条纹记为2×3相移光栅条纹。即目标结构光栅条纹包括：三步相移光栅条纹、四步相移光栅条纹以及2×3相移光栅条纹中的至少一个。一般而言，采用上述三种结构光编码方式可以获取比较准确的相位值，进而得到准确的三维形貌特征信息。实际应用中，还可以采用相移结合格雷码、彩色相位编码结构光、基于格雷码的彩色结构光、五步相移编码方式等结构光编码方式生成相应的结构光。

一般而言，为了保证后续获取三维形貌特征信息的准确性，设定在生成目标结构光栅条纹时，以时间为轴，生成多幅具有不同相移的目标结构光栅条纹。

可选的，不同的结构光编码方式选择指令对应不同的目标结构光栅条纹。如果用户确认当前需要至少两种目标结构光栅条纹，那么可以发出至少两个结构光编码方式选择指令。此时，结构光测量设备根据多个结构光编码方式选择指令依次生成对应的目标结构光栅条纹。

步骤130、将所述目标结构光栅条纹发送至投影仪，以使投影仪投射目标结构光栅条纹至目标物体。

其中，投影仪的具体类型实施例不做限定，例如，数码光处理投影机。具体的，结构光测量设备生成目标结构光栅条纹后，将目标结构光栅条纹写入投影仪的配置文件，进而使得投影仪发射出相应的目标结构光栅条纹。具体的，由于结构光测量设备生成至少三幅具有不同相移的目标结构光栅条纹，因此，投影仪依次投射不同相移的目标结构光栅条纹，且投影仪投影的帧率、投影参数可以根据实际情况设定，实施例不做限定。

进一步的，投影仪发送的目标结构光栅条纹可以投影至目标物体。其中，目标物体为本次计划测量得到三维形貌特征信息的物体。

可选的，当生成多种目标结构光栅条纹时，结构光测量设备可以依次将每种目标结构光栅条纹发送至投影仪中，此时，投影仪依次投射每种目标结构光栅条纹。或者是，用户在发出多个结构光编码方式选择指令时，同步选择每个结构光编码方式选择指令对应的投影仪。此时，结构光测量设备生成目标结构光栅条纹时，同步确定对应的投影仪。之后，向每个投影仪发射对应的目标结构光栅条纹。需要说明的是，每种目标结构光栅条纹包括至少三幅具有不同相移的目标结构光栅条纹。例如，结构光测量设备依次生成四步相移光栅条纹以及2×3相移光栅条纹，并将四步相移光栅条纹以及2×3相移光栅条纹依次发送至投影仪中，以使投影仪依次投射四步相移光栅条纹以及2×3相移光栅条纹。再如，结构光测量设备生成三步相移光栅条纹以及2×3相移光栅条纹，并确认三步相移光栅条纹对应一号投影仪，2×3相移光栅条纹对应二号投影仪，其中，一号投影仪位于目标物体前方，二号投影仪位于目标物体的后方。此时，一号投影仪向目标物体投射三步相移光栅条纹，二号投影仪向目标物体投射2×3相移光栅条纹。

步骤140、获取包含所述目标物体的投影图像并生成所述目标物体的三维形貌特征信息。

具体的，投影图像由图像采集装置获得。一般而言，为了保证结果准确性，图像采集装置至少两个，以实现从至少两个角度获取投影图像。进一步的，可以根据实际情况选择图像采集装置，例如，根据当前应用场景选择工业相机，其中，工业相机可选为灰度相机。进一步的，图像采集装置的拍摄空间为目标物体所在的空间。当投影仪向目标物体投影目标结构光栅条纹时，结构光测量设备同时控制图像采集装置开始拍摄投影图像，并获取图像采集装置拍摄的投影图像。其中，图像采集装置的采集帧率与投影仪的投影帧率相同。

进一步的，投影图像包含目标物体的投影数据。其中，图像采集装置进行拍摄时，可以得到对应R、G、B三个通道的灰度条纹结构光图案，该条纹结构光图案可以理解为：目标结构光栅条纹投影到目标物体时的投影数据。一般而言，至少两个图像采集装置分别从自身所在的位置采集投影图像，那么，结构光测量设备同一时刻可以得到至少两幅投影图像。需要说明的是，上述步骤中，投影仪依次投射不同相移的目标结构光栅条纹，相应的，图像采集装置可以分别获取不同相移下的投影图像。

进一步的，三维形貌特征信息可以体现出目标物体的三维特征。结构光测量设备通过三维相貌特征信息对目标物体进行认知，进而实现后续复制分析等工作。

具体的，结构光测量设备得到投影图像时，对投影图像进行解码、立体匹配及视差计算，生成点云模型，进而将生成的点云模型作为三维形貌特征信息。进一步的，以两个图像采集装置分别从一个投影仪左右两侧采集投影图像为例进行描述。由于，同一时刻获取的两幅投影图像是由投影仪左右两侧的图像采集装置采集的，因此，可以仿照人眼视觉，即利用计算机视觉技术得到三维相貌特征信息。其中，对投影图像的解码可以理解为确定投影图像中光栅条纹形变后的相位，并和原始相位进行比对以得到相位差，进而根据相位差确定目标物体对应于参考平面的高度值。其中，原始相位是指没有目标物体时，投射目标结构光栅条纹后获取的投影图像中光栅条纹的相位。立体匹配及视差计算可以理解为确定目标物体上任一目标点的视差以及深度信息，其中，由于任一目标点在两个图像采集装置中存在对应的匹配基元和相对关系，由三角测量原理便可以确定目标点基于两幅投影图像的视差，同时根据投影模型便可以确定目标点的深度信息。其中，投影模型的具体生成方式实施例不作限定。最终，三维轮廓以点云模型的形式体现。

进一步的，由于两个图像采集装置分别获取了不同相移下的投影图像，且由于相移不同，因此各投影图像中的光栅条纹形变不同，因此，结构光测量设备可以通过结合不同的相移以及光栅条纹形变确定出目标物体三维轮廓。具体的，下面简要说明实施例中三维形貌特征信息的计算原理。其中，图像采集装置以CCD相机为例。其中，图2为光栅投影结构图。参考图2，投影目标结构光栅条纹的投影仪与CCD相机位于同一直线上，且该直线为水平线且与参考平面平行。其中，参考平面是指没有目标物体时，目标结构光栅条纹投影至的平面。CCD相机到参考平面的垂线与参考平面相交于O点。进一步的，投影仪进行投影时，投影***入瞳平面中心点记为Q₁，CCD相机采集投影图像时，成像***入瞳平面中心点记为Q₂，且参考平面与成像***入瞳平面中心点Q₂的垂直距离为L。投影仪投射目标结构光栅条纹至参考平面时，某一束正弦光栅条纹的光束与参考平面的相交点记为A。当参考平面放上目标物体后，由于目标物体轮廓的关系，使得与相交点A对应的光束投影至目标物体上时形成新的相交点D。同时，对于CCD相机而言，其采集的投影图像同样发生了形变，使得与相交点A对应的光束在投影图像中与参考平面的相交点被移动至点C。也可以理解为，由于目标物体表面与参考平面间存在一定的高度(如D点到参考平面的垂直距离为h)，所以使得光束的投影位置发生了变化。进一步的，CCD相机获取的投影图像的光强可以记为：

I(x,y)＝R(x,y)[A(x,y)+B(x,y)cosθ(x,y)] (1)

其中，I(x,y)表示投影图像中像素点(x,y)的光强，R(x,y)表示目标物体表面的不均匀反射率，A(x,y)表示背景强度，B(x,y)/A(x,y)表示光栅条纹的对比度，θ(x,y)为相位函数，其表示CCD相机获取的投影图像中变形光栅的相位。一般而言，θ(x,y)可以体现目标物体到参考平面的垂直距离，即目标物体的高度信息h(x,y)。

通常，投影仪在投影目标结构光栅条纹时，会横向移动1/N周期，相应的，CCD相机会采集到新的投影图像，即投影仪依次投射不同相移的目标结构光栅条纹且两个图像采集装置分别获取不同相移下的投影图像。此时，每个投影图像的光强可以记为I_n(x,y)。通常，设定N至少为3，即CCD相机至少获取3帧不同的投影图像。上述方法也可以称为相移法，即在时间轴上移动目标结构光栅条纹，并在时间轴上逐点计算，以得到最终的高度信息，进而得到三维形貌特征信息。此时，采用的具体计算方法也可以称为时域相位轮廓测量术(TimePhase Measurement Profilometry,TPMP)。一般而言，对目标结构光栅条纹移动N相位时，其相位函数可以表示为：

进一步的，设定在没有目标物体时，CCD相机采集的投影图像中，相交点A的相位记为而目标物体存在时，CCD相机采集的投影图像中，相交点D的相位记为参考图2，由于点O到相交点C的距离l_OC已知，且O点到相交点A的距离l_OA可以通过相位测量和映射关系求出，那么相交点A到相交点C的距离l_AC可以通过l_OC—l_OA得到。此时，由三角形相似原理可以计算得到相交点D到参考平面的垂线距离h，

其中，d为投影***入瞳平面中心点Q₁与成像***入瞳平面中心点Q₂之间的直线距离。进一步的，由于l_AC<<d，因此公式(3)可以简化为：

其中，β为点O、Q₁以及Q₂组成的三角形中顶点O对应的内角。

综上可知，对目标物体轮廓上各点到参考平面的高度计算转化成了目标物体轮廓上各点在参考平面上成像点的相位差的测量。

需要说明的是，当投影仪依次投射不同的目标结构光栅条纹时，结构光测量设备可以获取不同目标结构光栅条纹对应的投影图像，并分别处理不同投影图像以得到每种目标结构光栅条纹对应的三维形貌特征信息。之后，将多个三维形貌特征信息进行比对，并筛选出最佳三维形貌特征信息作为最终的结果。当多种目标结构光栅条纹由不同投影仪投射时，结构光测量设备可以获取不同目标结构光栅条纹对应的投影图像，此时，可以认为每种目标结构光栅条纹对应投影目标物体的一个方向，该方向包括但不限定于前方、侧方以及后方。之后，结构光测量设备将每种目标结构光栅条纹对应的三维形貌特征信息进行组合，以得到最终的结果。

进一步的，为了保证相位差的准确计算，需要采用合适的结构光编码方式构造满足需求的目标结构光栅条纹。实施例中，以结构光编码方式包括：三步相移编码方式、四步相移编码方式以及2×3相移编码方式为例进行描述。

当结构光编码方式为2×3相移编码方式时，对应的，所述目标结构光栅条纹为2×3相移光栅条纹。此时，步骤120包括：根据所述结构光编码方式选择指令生成三幅第一黑白条纹相移图案和三幅第二黑白条纹相移图案，所述第一黑白条纹相移图案和所述第二黑白条纹相移图案的空间周期不同，且三幅所述第一黑白条纹相移图案之间相差设定相移量，三幅所述第二黑白条纹相移图案之间相差设定相移量。

具体的，当采用2×3相移编码方式时，需要生成6帧黑白条纹相移光栅，其中，每帧黑白条纹相移光栅对应一幅黑白条纹相移图案。其中，6幅黑白条纹相移图案中每三幅黑白条纹相移图案的空间周期相同。此时，6幅黑白条纹相移图案分为三幅第一黑白条纹相移图案和三幅第二黑白条纹相移图案，且第一黑白条纹相移图案和第二黑白条纹相移图案的空间周期不同。其中，第一黑白条纹相移图案和第二黑白条纹相移图案的空间周期的具体值可以根据光栅条纹图案的设定，例如，根据实际情况确定所述第一黑白条纹相移图案的空间周期为16，所述第二黑白条纹相移图案的空间周期为1。同时，三幅第一黑白条纹相移图案之间相差设定相移量，即在时间轴上移动三次。其中，设定相移量优选为2π/3，即每次在时间轴上移动1/3周期。同样的，三幅第二黑白条纹相移图案之间相差设定相移量，即在时间轴上移动三次。其中，设定相移量优选为2π/3，即每次在时间轴上移动1/3周期。

进一步的，第一黑白条纹相移图案和第二黑白条纹相移图案均为行正弦黑白条纹相移图案或列正弦黑白条纹相移图案。具体的，由于目标结构光栅条纹为正弦光栅条纹，那么对应的黑白条纹相移图案可以为行正弦黑白条纹相移图案和/或列正弦黑白条纹相移图案，实施例中，以行正弦黑白条纹相移图案为例进行描述。一般而言，行正弦黑白条纹相移图已经可以满足基本需求。

进一步的，第一幅所述第一黑白条纹相移图案和第一幅所述第二黑白条纹相移图案中各像素点的正弦条纹强度分布为：

第二幅所述第一黑白条纹相移图案和第二幅所述第二黑白条纹相移图案中各像素点的正弦条纹强度分布为：

第三幅所述第一黑白条纹相移图案和第三幅所述第二黑白条纹相移图案中各像素点的正弦条纹强度分布为：

其中，(x,y)表示像素点，I’(x,y)为条纹的平均强度，I”(x,y)为调制强度，δ为设定相移量且δ＝2π/3，为包裹相位且

进一步的，以行正弦黑白条纹相移图案为例，2×3相移编码方式生成的第一幅第一黑白条纹相移图案参考图3，第二幅第一黑白条纹相移图案参考图4，第三幅第一黑白条纹相移图案参考图5，第一幅第二黑白条纹相移图案参考图6，第二幅第二黑白条纹相移图案参考图7，第三幅第二黑白条纹相移图案参考图8。此时，结构光测量设备通过投影仪投射6种黑白条纹相移图案，使图像采集装置采集不同黑白条纹相移图案下目标物体的投影图像，进而得到准确的目标物体的三维形貌特征信息。

采用2×3相移编码方式生成相应的目标结构光栅条纹，并由投影仪投射在目标物体上，由于目标结构光栅条纹的图案数量较多，相应采集的投影数量包含的数据数量较大，因此能够有效的测量物体轮廓，尤其解决了不规则文物或一些残缺文物在三维建模上的难题。

同样，当结构光编码方式为三步相移编码方式时，对应的，所述目标结构光栅条纹为三步相移光栅条纹。此时，步骤120包括：根据所述结构光编码方式选择指令生成三幅黑白条纹相移图案。其中，三幅黑白条纹相移图案之间的相移差为2π/3，即三幅黑白条纹相移图案中的结构光栅条纹间各相差1/3周期。

进一步的，黑白条纹相移图案可以为行正弦黑白条纹相移图案和/或列正弦黑白条纹相移图案，实施例中，以行正弦黑白条纹相移图案为例进行描述。此时，第一幅黑白条纹相移图案参考图9，其中各像素点的正弦条纹强度分布为：

第二幅黑白条纹相移图案参考图10，其中各像素点的正弦条纹强度分布为：

第三幅黑白条纹相移图案参考图11，其中各像素点的正弦条纹强度分布为：

上述，(x,y)表示像素点，I’(x,y)为条纹的平均强度，I”(x,y)为调制强度，δ为设定相移量且δ＝2π/3，为包裹相位且

此时，结构光测量设备通过投影仪投射3种黑白条纹相移图案，进而通过图像采集装置采集对应的3种投影图像，便可以得到准确的目标物体的三维形貌特征信息。

同样，当结构光编码方式为四步相移编码方式时，对应的，所述目标结构光栅条纹为四步相移光栅条纹。此时，步骤120包括：根据所述结构光编码方式选择指令生成四幅黑白条纹相移图案。其中，四幅黑白条纹相移图案间的相移差为π/2，即四幅黑白条纹相移图案中的结构光栅条纹间各相差1/4周期。

进一步的，黑白条纹相移图案可以为行正弦黑白条纹相移图案和/或列正弦黑白条纹相移图案，实施例中，以行正弦黑白条纹相移图案为例进行描述。此时，第一幅黑白条纹相移图案参考图12，其中各像素点的正弦条纹强度分布为：

第二幅黑白条纹相移图案参考图13，其中各像素点的正弦条纹强度分布为：

第三幅黑白条纹相移图案参考图14，其中各像素点的正弦条纹强度分布为：

第四幅黑白条纹相移图案参考图15，其中各像素点的正弦条纹强度分布为：

上述，(x，y)表示像素点，I’(x，y)表示条纹的平均强度，I”(x，y)表示调制强度，δ为设定相移量且为π/2，为包裹相位且

此时，结构光测量设备通过投影仪投射4种黑白条纹相移图案，进而通过图像采集装置采集对应的4种投影图像，便可以得到准确的目标物体的三维形貌特征信息。

上述，通过接收结构光编码方式选择指令并生成对应的目标结构光栅条纹，进而使投影仪投影目标结构光栅条纹至目标物体，之后，获取包含目标物体的投影图像，进而通过投影图像确定目标物体的三维形貌特征信息的技术手段，实现了在结构光测量设备中设定多种结构光编码方式，且可以由用户根据实际情况确定需要的结构光编码方式，解决了现有技术中结构光三维扫描方法应用场景单一的技术问题，在测量目标物体的三维形貌特征时，实现了在多种结构光中选择所需的结构光，扩大了测量方法的使用范围及应用场景。

图16为本申请实施例提供的一种结构光测量装置的结构示意图。参考图16，本实施例提供的结构光测量装置包括：指令接收模块201、条纹生成模块202、条纹投影模块203以及信息确定模块204。

其中，指令接收模块201，用于接收结构光编码方式选择指令；条纹生成模块202，用于根据所述结构光编码方式选择指令生成目标结构光栅条纹，不同结构光编码方式选择指令对应不同的目标结构光栅条纹；条纹投影模块203，用于将所述目标结构光栅条纹发送至投影仪，以使投影仪投射目标结构光栅条纹至目标物体；信息确定模块204，用于获取包含所述目标物体的投影图像并生成所述目标物体的三维形貌特征信息。

上述，通过接收结构光编码方式选择指令并生成对应的目标结构光栅条纹，进而使投影仪投影目标结构光栅条纹至目标物体，之后，获取包含目标物体的投影图像，进而通过投影图像确定目标物体的三维形貌特征信息的技术手段，实现了在结构光测量设备中设定多种结构光编码方式，且可以由用户根据实际情况确定需要的结构光编码方式，解决了现有技术中结构光三维扫描方法应用场景单一的技术问题，在测量目标物体的三维形貌特征时，实现了在多种结构光中选择所需的结构光，扩大了测量方法的使用范围及应用场景。

在上述实施例的基础上，所述目标结构光栅条纹包括：三步相移光栅条纹、四步相移光栅条纹以及2×3相移光栅条纹中的至少一个。

在上述实施例的基础上，所述目标结构光栅条纹为2×3相移光栅条纹时，所述条纹生成模块202具体用于：

根据所述结构光编码方式选择指令生成三幅第一黑白条纹相移图案和三幅第二黑白条纹相移图案，所述第一黑白条纹相移图案和所述第二黑白条纹相移图案的空间周期不同，且三幅所述第一黑白条纹相移图案之间相差设定相移量，三幅所述第二黑白条纹相移图案之间相差设定相移量。

在上述实施例的基础上，所述第一黑白条纹相移图案和第二黑白条纹相移图案均为行正弦黑白条纹相移图案或列正弦黑白条纹相移图案。

在上述实施例的基础上，第一幅所述第一黑白条纹相移图案和第一幅所述第二黑白条纹相移图案中各像素点的正弦条纹强度分布为：

第二幅所述第一黑白条纹相移图案和第二幅所述第二黑白条纹相移图案中各像素点的正弦条纹强度分布为：

第三幅所述第一黑白条纹相移图案和第三幅所述第二黑白条纹相移图案中各像素点的正弦条纹强度分布为：

其中，(x,y)表示像素点，I’(x,y)为条纹的平均强度，I”(x,y)为调制强度，δ为设定相移量且δ＝2π/3，为包裹相位且

在上述实施例的基础上，所述投影图像由图像采集装置获得，所述图像采集装置为至少两个。

上述，采用2×3相移编码方式生成相应的目标结构光栅条纹，并由投影仪投射在目标物体上，由于目标结构光栅条纹的图案数量较多，相应采集的投影数量包含的数据数量较大，因此能够有效的测量物体轮廓，尤其解决了不规则文物或一些残缺文物在三维建模上的难题。

本实施例提供的结构光测量装置可以用于执行上述实施例提供的结构光测方法，具备相应的功能和有益效果。

图17为本申请实施例提供的一种结构光测量设备的结构示意图。参考图17，该结构光测量设备包括：包括处理器301、存储器302、输入装置303、输出装置304以及通信装置305；处理器301的数量可以是一个或多个，图17中以一个处理器301为例；处理器301、存储器302、输入装置303、输出装置304以及通信装置305可以通过总线或其他方式连接，图17中以通过总线连接为例。

存储器302作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的结构光测量方法中对应的程序指令/模块(例如，结构光测量装置中指令接收模块201、条纹生成模块202、条纹投影模块203以及信息确定模块204)。处理器301通过运行存储在第一存储器302中的软件程序、指令以及模块，从而执行结构光测量设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的结构光测量方法。

存储器302可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据设备的使用所创建的数据等。此外，存储器302可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器302可进一步包括相对于处理器301远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至结构光测量设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置303可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与结构光测量设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置304可包括扬声器、显示屏等设备。通信装置305用于与其他设备进行通信。其中，其他设备包括并不限定于投影仪以及图像采集装置。

需要说明的是，上述结构光测量设备可以用于执行上述任意结构光测量方法，且具备相应的功能和有益效果。

本申请实施例还提供一种包含计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在由发送端和至少一个接收端的计算机处理器执行时用于执行一种结构光测量方法，该结构光测量方法包括：

接收结构光编码方式选择指令；

根据所述结构光编码方式选择指令生成目标结构光栅条纹，不同结构光编码方式选择指令对应不同的目标结构光栅条纹；

将所述目标结构光栅条纹发送至投影仪，以使投影仪投射目标结构光栅条纹至目标物体；

获取包含所述目标物体的投影图像并生成所述目标物体的三维形貌特征信息。

当然,本申请实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质,其计算机可执行指令不限于如上所述的结构光测量方法操作,还可以执行本申请实施例所提供的任意结构光测量方法中的相关操作，且具备相应的功能和有益效果。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本申请可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是机器人，个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请实施例所述的结构光测量方法。

图18为本申请实施例提供的一种结构光测量***的结构示意图。参考图18，该结构光测量***包括：投影仪402以及如上所述的结构光测量设备401；所述结构光测量设备401与所述投影仪402相连；所述投影仪402用于投射目标结构光栅条纹至目标物体404。

可选的，结构光测量设备***还包括图像采集装置403，图像采集装置403与结构光测量设备401相连。其中，投影仪402和图像采集装置403的个数及位置关系可以根据实际设定。通常，一个投影仪402配置有两个图像采集装置403。此时，两个图像采集装置403分别位于投影仪402的两侧且与投影仪402在同一直线上。图像采集装置403用于采集包含目标物体的投影图像。需要说明的是，图18仅示例性示出一个投影仪402及两个图像采集装置403。

具体的，结构光测量设备401在桌面中为用户提供一个可以选择结构光编码方式的操作界面，以便于接收用户发出的结构光编码方式选择指令。进一步的，结构光测量设备401根据结构光编码方式选择指令生成相应的目标结构光栅条纹。设定结构光编码方式至少包括：三步相移编码方式、四步相移编码方式以及2×3相移编码方式中的至少一种。对应的，根据三步相移编码方式生成的目标结构光栅条纹记为三步相移光栅条纹。根据四步相移编码方式生成的目标结构光栅条纹记为四步相移光栅条纹。根据2×3相移编码方式生成的目标结构光栅条纹记为2×3相移光栅条纹。进一步的，结构光测量设备401将目标结构光栅条纹写入至投影仪402的配置文件中。投影仪402根据配置文件投影目标结构光栅条纹，且投影区域中存在目标物体404。同时，图像采集装置403采集投影图像，并返回至结构光测量设备401。结构光测量设备401对投影图像进行解码、立体匹配及视差计算，生成点云模型，并将点云模型记为目标物体的三维形貌特征信息。

上述，实现了在结构光测量设备中设定多种结构光编码方式，且可以由用户根据实际情况确定需要的结构光编码方式，解决了现有技术中结构光三维扫描方法应用场景单一的技术问题。同时，采用2×3相移编码方式生成相应的目标结构光栅条纹，并由投影仪投射在目标物体上，能够有效的解决了不规则文物或一些残缺文物在三维建模上的难题。

需要说明的是，本实施例中结构光测量***可以用于上述结构光测量方法，未在结构光测量***中详细描述的技术细节参见上述结构光测量方法。

值得注意的是，上述结构光测量装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。

注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种结构光测量方法，其特征在于，包括：

接收结构光编码方式选择指令；

根据所述结构光编码方式选择指令生成目标结构光栅条纹，不同结构光编码方式选择指令对应不同的目标结构光栅条纹；

将所述目标结构光栅条纹发送至投影仪，以使投影仪投射目标结构光栅条纹至目标物体；

获取包含所述目标物体的投影图像并生成所述目标物体的三维形貌特征信息。

2.根据权利要求1所述的结构光测量方法，其特征在于，所述目标结构光栅条纹包括：三步相移光栅条纹、四步相移光栅条纹以及2×3相移光栅条纹中的至少一个。

3.根据权利要求2所述的结构光测量方法，其特征在于，所述目标结构光栅条纹为2×3相移光栅条纹时，所述根据所述结构光编码方式选择指令生成目标结构光栅条纹包括：

根据所述结构光编码方式选择指令生成三幅第一黑白条纹相移图案和三幅第二黑白条纹相移图案，所述第一黑白条纹相移图案和所述第二黑白条纹相移图案的空间周期不同，且三幅所述第一黑白条纹相移图案之间相差设定相移量，三幅所述第二黑白条纹相移图案之间相差设定相移量。

4.根据权利要求3所述的结构光测量方法，其特征在于，所述第一黑白条纹相移图案和第二黑白条纹相移图案均为行正弦黑白条纹相移图案或列正弦黑白条纹相移图案。

5.根据权利要求3所述的结构光测量方法，其特征在于，第一幅所述第一黑白条纹相移图案和第一幅所述第二黑白条纹相移图案中各像素点的正弦条纹强度分布为：

第二幅所述第一黑白条纹相移图案和第二幅所述第二黑白条纹相移图案中各像素点的正弦条纹强度分布为：

第三幅所述第一黑白条纹相移图案和第三幅所述第二黑白条纹相移图案中各像素点的正弦条纹强度分布为：

其中，(x,y)表示像素点，I’(x,y)为条纹的平均强度，I”(x,y)为调制强度，δ为设定相移量且δ＝2π/3，为包裹相位且

6.根据权利要求1所述的结构光测量方法，其特征在于，所述投影图像由图像采集装置获得，所述图像采集装置为至少两个。

7.一种结构光测量装置，其特征在于，包括：

指令接收模块，用于接收结构光编码方式选择指令；

条纹生成模块，用于根据所述结构光编码方式选择指令生成目标结构光栅条纹，不同结构光编码方式选择指令对应不同的目标结构光栅条纹；

条纹投影模块，用于将所述目标结构光栅条纹发送至投影仪，以使投影仪投射目标结构光栅条纹至目标物体；

信息确定模块，用于获取包含所述目标物体的投影图像并生成所述目标物体的三维形貌特征信息。

8.一种结构光测量设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器、通信装置及存储器；

所述通信装置用于与其他设备进行通信；

所述存储器用于存储一个或多个程序，当一个或多个程序被所述处理器执行时，使得处理器实现如权利要求1-6中任一所述的结构光测量方法。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一所述的结构光测量方法。

10.一种结构光测量***，其特征在于，包括：投影仪以及如权利要求8所述的结构光测量设备；

所述结构光测量设备与所述投影仪相连；所述投影仪用于投射目标结构光栅条纹至目标物体。