CN114459380B - 一种获取折叠相位的方法、三维重建的方法及*** - Google Patents

一种获取折叠相位的方法、三维重建的方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种获取折叠相位的方法、三维重建的方法及***，获取折叠相位的方法包括：投影单元以扫描的方式向待测物体投影背景光强，利用相机采集背景图像；在相机的一次曝光时间内，投影单元向待测物体分别投影多幅不同的相移图；利用相机将多幅不同的相移图进行光场叠加得到光场叠加图，光场叠加图是分子图像或分母图像；依次获取多个条纹频率的分子图像和分母图像；利用背景图像和每一个条纹频率所对应的分子图像、分母图像获取每一个条纹频率的折叠相位。在一次曝光时间内相机采集到的图像包含两幅以上的相移图案，可减少图像采集时间；相机对光强具有加法作用，将相位解算表达式中的累加运算前置到图像采集环节中，省略了后续算法的计算量。

Description

一种获取折叠相位的方法、三维重建的方法及***
技术领域
本发明涉及条纹投影技术领域，尤其涉及一种获取折叠相位的方法、三维重建的方法及***。
背景技术
在条纹投影轮廓技术中，为了获取折叠相位需要振镜投射多幅相移图。常见的投影***是数字微镜器件(DMD)、液晶显示器(LCD)等。以DMD为例，假设其正弦条纹投影速度约为120fps。若采用双频外差4步相移进行相位展开，一次三维重建需要DMD投影***投影8幅相移图。那么仅图像采集就将三维重建速度限制在15fps以下。这样一方面三维重建速度满足不了实时性要求，另一方面由于相移步数较少，可能导致三维重建精度也不够高。目前也有人采用一维MEMS振镜与线激光作为投影***。高频振动的MEMS振镜通过反射线激光向被测物体快速地投影相移图。从能量守恒角度分析，线激光是由点激光经过一个鲍威尔棱镜形成的，那么整个相移图的总能量应等于点激光的能量。一般来说，MEMS振镜扫描一次就可以投射一幅图案。当该图案光强足够大时，可以使用相机将其直接采集为一幅相移图。然而投影***的工作距离直接影响了投影图案的大小。随着工作距离增加，投影图案实际物理尺寸变大，平均光强也将随之降低。除此之外，若激光器功率较低、MEMS振镜扫描频率较大时，平均光强也会比较低，导致采集到的图像对比度低，直接影响了三维重建正确性与准确性。为了避免采集到较暗的图像，相机的曝光时间一般是远大于高频投影***的扫描周期。换句话说，在相机的一次曝光时间内，投影***往往要扫描多次。在这种情况下，传统的条纹投影方法在多次扫描时投影同一幅相移图，则相机采集到的图像仅为包含一个相位信息的相移图。
如上所述，采用传统条纹投影方法，三维重建的速度和精度可能无法同时兼顾。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本发明为了解决现有的问题，提供一种获取折叠相位的方法、三维重建的方法及***。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下所述：
本发明提供一种获取折叠相位的方法，包括如下步骤：S1：投影单元以扫描的方式向待测物体投影背景光强，利用相机采集背景图像；S2：在所述相机的一次曝光时间内，所述投影单元向所述待测物体分别投影多幅不同的相移图；S3：利用所述相机将多幅不同的所述相移图进行光场叠加得到光场叠加图，所述光场叠加图是分子图像或分母图像；S4：依次获取多个条纹频率的所述分子图像和所述分母图像；S5：利用背景图像和每一个所述条纹频率所对应的所述分子图像、所述分母图像获取每一个所述条纹频率的折叠相位。
优选地，获取所述折叠相位的表达式为：
Figure BDA0003486898840000021
其中，
Figure BDA0003486898840000022
N是一次曝光时间内总的扫描次数,n表示扫描次数。
优选地，在第n次扫描时，投影的所述背景光强表示为：
Figure BDA0003486898840000023
为了获取所述分子图像，在第n次扫描时，投影的相移图表示为：
Figure BDA0003486898840000024
为了获取所述分母图像，在第n次扫描时，投影的相移图表示为：
Figure BDA0003486898840000025
其中，a是所述的背景光强，b是光强调制度。
优选地，在投影所述相移图时，通过控制所述投影单元使所述光强调制度与所述背景光强相等。
优选地，利用所述相机获取的一个所述条纹频率的所述分子图像、所述分母图像、所述背景图像表示为：
Figure BDA0003486898840000031
Figure BDA0003486898840000032
Figure BDA0003486898840000033
优选地，根据所述分子图像、所述分母图像和所述背景图像获取所述折叠相位：
Figure BDA0003486898840000034
本发明还提供一种三维重建的方法，包括如下步骤：采用如上任一所述的获取折叠相位的方法获取每一个所述条纹频率的所述折叠相位；将所述折叠相位展开，获取所述条纹频率中的最高条纹频率的绝对相位；对所述投影单元和所述相机组成的三维重建***进行标定，确定相位-高度之间的转化参数；利用所述转化参数将最高频率的绝对相位转化为高度，获取三维点云。
本发明再提供一种三维重建***，用于实现如上所述的三维重建的方法，包括：高频投影单元，用于向所述待测物体投影光强；图像采集单元，用于采集所述待测物体上的光强；所述高频投影单元的扫描频率大于所述图像采集单元的帧率。
优选地，所述高频投影单元是条纹投影单元，包括激光器和MEMS振镜；所述激光器用于向外发射激光；所述MEMS振镜，用于持续振动扫描，反射所述激光并向待测物体投影光强。
本发明又一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一所述方法的步骤。
本发明的有益效果为：提供一种获取折叠相位的方法、三维重建的方法及***，通过在一次曝光时间内，在多次扫描时投影不同相移图，相机采集到的图像可以包含两幅以上的相移图案；进一步地，相机对光强具有加法作用，将相位解算表达式中的累加运算前置到图像采集环节中，省略了后续算法的计算量；在一次曝光时间内，可以直接采集到相位解算表达式中的分子图像及分母图像。本发明的方法应用于基于结构光三维重建中的条纹投影和折叠相位解算环节，提高三维重建的速度和精度。
附图说明
图1是本发明实施例中一种获取折叠相位的方法的示意图。
图2是本发明实施例中一种获取折叠相位的流程的示意图。
图3是本发明实施例中一种三维重建的方法的示意图。
图4是本发明实施例中一种三维重建的流程示意图。
图5是本发明实施例中一种三维重建的结构示意图。
图6(a)-图6(d)分别是本发明实施例中一种分子图像、分母图像、背景图像及获取的相位结果的示意图。
具体实施方式
为了使本发明实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
如图1所示，本发明一种获取折叠相位的方法，包括如下步骤：
S1：投影单元以扫描的方式向待测物体投影背景光强，利用相机采集背景图像；
S2：在所述相机的一次曝光时间内，所述投影单元向所述待测物体分别投影多幅不同的相移图；
S3：利用所述相机将多幅不同的所述相移图进行光场叠加得到光场叠加图，所述光场叠加图是分子图像或分母图像；
S4：依次获取多个条纹频率的所述分子图像和所述分母图像；
S5：利用背景图像和每一个所述条纹频率所对应的所述分子图像、所述分母图像获取每一个所述条纹频率的折叠相位。
传统的三维重建方法为了获取折叠相位需要分别采集多幅相移图，在现有技术的方法中：(1)每幅相移图均对应一次曝光时间，这样采集图像耗时过大导致三维重建速度满足不了实时性要求；(2)不同相移图总个数等于相移步数，相移步数越大，获取折叠相位的精度越高，进而三维重建精度越高。由于分别采集不同相移图，考虑到三维重建速度，一般人为设置相移步数较少，这样导致了三维重建的精度也不够高。
常见的传统投影单元是数字微镜器件(DMD)、液晶显示器(LCD)等。传统的投影单元其投影频率一般要低于高频投影单元，比如MEMS投影单元。这使在相机的一次曝光时间内，传统投影单元一般不能投影多幅图像。如下以MEMS投影单元为例进行说明，但不代表本发明仅能使用MEMS投影单元。
对于高频MEMS投影单元，其扫描的周期非常短，在一次曝光时间内，可以投影多幅图像。随着MEMS振镜技术工艺的发展，它正逐渐成为条纹投影单元的主流。现有MEMS投影单元有两种投影方案：(1)通过降低曝光时间，使MEMS振镜扫描一次就曝光一次，尽管该方案图像采集耗时较短，但是由于曝光时间较短，采集到的图像一般比较暗，对比度低，直接影响了三维重建正确性与准确性；(2)不降低曝光时间，投影单元扫描多次，每次投影同一幅相移图。这种方式获得的效果和传统投影单元的投影方式一致。
本发明利用MEMS投影单元能在一次曝光时间内扫描多次的特性，提出了一次曝光时间内投影不同的相移图的策略。然而该策略的实施具有一定的难度：(1)必须要求所使用的投影单元的扫描频率大于相机的帧率，且两者差值越大越好，而传统投影单元由于投影频率较低一般无法很好的满足；(2)直接在一次曝光时间内投影不同相移图，很难计算出折叠相位，因此还需要对每次投影的相移图进一步的设计，使其能很简便地被用来计算折叠相位；(3)根据获取折叠相位原公式，由于投影的相移图带有三角函数，其光强可能为负值。投影单元无法直接投影负值光强，还需要对获取折叠相位的公式变形处理，根据变形公式才能实施本发明。
本发明的方法在一次曝光时间内，在多次扫描时投影不同相移图。因此相机采集到的图像可以包含两幅以上的相移图案；相机对光强具有加法作用，将相位解算表达式中的累加运算前置到图像采集环节中，省略了后续算法的计算量；在一次曝光时间内，可以直接采集到相位解算表达式中的分子图像及分母图像。应用于基于结构光三维重建中的条纹投影和折叠相位解算环节，提高三维重建的速度和精度。
本发明提供一种获取所述折叠相位的表达式为：
Figure BDA0003486898840000061
其中，
Figure BDA0003486898840000062
N是一次曝光时间内总的扫描次数,n表示扫描次数。N表示总相移数，N越大，对噪声抑制能力越大，三维重建的精度就越高。
上式为本发明提出的获取折叠相位的变形公式，获取折叠相位的原公式为
Figure BDA0003486898840000063
其中，In表示采集到的第n幅相移图，
Figure BDA0003486898840000064
a代表背景光强，b表示余弦调制度。In的光强不为负值，需要使a≥b≥0。传统方法需要将每相移图In分别采集出来，然后代入所述获取折叠相位的原公式计算折叠相位。一次曝光时间内直接投影不同的In时，很难计算出折叠相位。因此本发明投影的不同相移图是包含三角函数项的，即
Figure BDA0003486898840000071
投影的相移图包含了三角函数项，投影光强可能为负值，又由于投影单元无法投影负值光强，因此需要对获取折叠相位的原公式变形处理，只有根据变形公式才能实施本发明。
为了解算相位，传统方法需要将N幅相移图In(n＝0,1,...,N-1)均采集出来。传统方法一次曝光采集一幅相移图。因此为了获得N幅相移图，传统方法共需曝光N次。值得注意的是，如前所述，在一次曝光时间内高频投影***是扫描多次的。在一次曝光时间内，传统方法的多次扫描仅投影同一幅相移图。由于曝光次数较多，传统方法可能无法保障三维重建的速度。同时，若相移数N较低时，三维重建的精度也将无法保障。
折叠相位解算表达式包含了一个分式，其中分子分母需要对所有相移图作累加求和运算。
如图2所示，本发明的方法从相位解算表达式出发，一次曝光后可直接获得累加求和运算后的图像，本发明的方法每次扫描投影出的图案是不同的。即在一次曝光时间内，投影单元按照扫描次数分时投影一个累加项(即相移图)，那么相机最终采集到的图像为所有相移图的叠加。通过这种方法可以分别获得分子图像和分母图像，最终再根据这两幅图像可以直接获取折叠相位
Figure BDA0003486898840000075
在第n次扫描时，投影的所述背景光强表示为：
Figure BDA0003486898840000072
为了获取所述分子图像，在第n次扫描时，投影的相移图表示为：
Figure BDA0003486898840000073
为了获取所述分母图像，在第n次扫描时，投影的相移图表示为：
Figure BDA0003486898840000074
其中，a是所述的背景光强，b是光强调制度。
在本发明的一种实施例中，通过控制所述投影单元使所述光强调制度与所述背景光强相等，即b＝a，可以获得更大的对比度且投影图案的光强不为负值。
利用所述相机获取的一个所述条纹频率的所述分子图像、所述分母图像、所述背景图像表示为：
Figure BDA0003486898840000081
Figure BDA0003486898840000082
Figure BDA0003486898840000083
其中，每个所述频率的分子图像、分母图像需要分别投影获取。尽管每次投影的背景光强相同，但是为了提升背景图像的亮度，背景光强仍然需要投影N次。不同的所述条纹频率所对应的背景图像是相同的，因此对于不同的所述条纹频率，背景图像仅需要采集一次。相机积分单元对光强具有加法作用，利用相机积分单元可以将一次曝光时间内不同的相移图作累加运算。所述方法可以将相位解算表达式中的累加运算前置到图像采集环节中，可以省略了后续算法的计算量。
根据所述分子图像、所述分母图像和所述背景图像获取所述折叠相位：
Figure BDA0003486898840000084
至此，本发明完成条纹投影和相位解算，本发明获得的相位为折叠相位。为了三维重建，后续还需要将折叠相位进行展开。以多频相位展开技术为例，只需要重复利用所述方法计算不同频率的折叠相位，就可以进行相位展开。值得注意的是：所有频率对应同一幅背景图Ib，因此只需要采集一次背景图Ib。
如图3所示，本发明提供一种三维重建的方法，包括如下步骤：
采用如上任一所述的获取折叠相位的方法获取每一个所述条纹频率的所述折叠相位；
将所述折叠相位展开，获取所述条纹频率中的最高条纹频率的绝对相位；
对所述投影单元和所述相机组成的三维重建***进行标定，确定相位-高度之间的转化参数；
利用所述转化参数将最高频率的绝对相位转化为高度，获取三维点云。
如图4所示，是本发明一种三维重建的流程示意图。本发明中以MEMS振镜的为例，且本发明的***所要求的硬件参数指标很容易被当前技术、生产工艺满足。
本发明提供一种三维重建***，用于实现如上所述的三维重建的方法，包括：
高频投影单元，用于向所述待测物体投影光强；本发明的前提是一次曝光时间内投影单元可以投影多次图像，即投影单元的投影频率大于相机的帧率，且投影频率越大越好。因此，本发明最佳实施例为MEMS投影单元，但是所述方法同样适用于投影频率高于相机帧率的传统投影单元(DMD,LCD)。
图像采集单元，用于采集所述待测物体上的光强；
所述高频投影单元的扫描频率大于所述图像采集单元的帧率。
在一种实施例中，高频投影单元是条纹投影单元，包括激光器和MEMS振镜；所述激光器用于向外发射激光；在一种具体的实施例中，所述激光为线激光。从能量守恒角度分析，线激光是由点激光经过一个鲍威尔棱镜形成的，那么整个相移图的总能量应等于点激光的能量。随着工作距离增加，投影图案实际物理尺寸变大，图像会变暗。若激光器功率较低或者投影单元的工作距离较远，需要提升曝光时间来提高图像亮度。在这种情况下，一次曝光时间内的投影次数也会增加，更容易满足本发明的使用前提。因此，本发明适用于低功率激光器，也能用来提升投影单元的工作距离；所述MEMS振镜，用于持续振动扫描，反射所述激光并向待测物体投影光强。
如图5所示，FPGA控制***根据MEMS振镜反馈的角度脉冲控制激光器的输出功率。调控后的线激光经过MEMS振镜反射，向被测物体投影包含相移信息的条纹图案，经过相机的一次曝光后形成一幅图像。
假设所选的MEMS振镜的共振频率为f＝5000Hz，振动角度范围为±α＝±30，则投影单元最大扫描角度范围为±2α＝±60，扫描速度为2f＝10000Hz，即图案投影最大速度为10000fps。相机最大帧率为300fps，图像分辨率为1024×768。假设投影单元每投影20次图案，相机才能采集到一幅足够亮的图像，则相机曝光时间设置为2ms。
在传统方法中，投影单元需要投影20次同一相移图，然后在相机端对20次的图案光强进行积分，从而采集到一幅光强足够亮相移图。不同于传统方法，本发明所提出的方法在上述20次图案投影中，第n次投射的图案与第n步相移图有关，相机端仅需要采集5幅图像就可以实现双频20步相位展开方法。而传统投影方案需要采集8幅图像才可以实现双频4步相移。因此本发明提出的方法大大减少了所需图像采集的时间，同时总相移步数得到大幅度提升，进而提高了三维重建的精度。上述***仅需要10ms就可以完成所有数据的采集，假如后续三维重建算法的耗时也为10ms，那么采用双频外差20步相移法进行三维重建的整体速度约为50fps，可以满足实时性要求。
在相机采集时，本发明提出的方法已经通过光强图案的积分完成了20幅相移图的累计求和运算。因此在后续折叠相位
Figure BDA0003486898840000101
求取阶段不需要再执行累积求和运算，减少了算法的计算量。
假设普通投影单元投影0-255灰度图像的速度为120fps，则采集双频4步相移所需图像的耗时为66ms；基于MEMS振镜的投影***需要20次扫描一次曝光，则传统投影方法采集双频4步相移所需图像的耗时为16ms；同样基于MEMS振镜，分时复用法采集双频20步相移所需图像的耗时为10ms。对比这几种方法可以发现：(1)本发明提出的方法通过减少采集图像的时间提高了整个三维重建的速度。(2)由于采用了更多相移步数，因此大大提高了三维重建的精度。
利用本发明方法的前提是单次曝光时间内振镜可扫描多次。扫描多次使暗图案叠加成一个亮图案。当三维重建工作距离较远时或者激光功率较低时，投影出的图案也将比较暗。因此，本发明的方法可以兼容低功率激光器的使用，也可以用来提高三维重建的工作距离。
另外，当图像尺寸较大时，获取折叠相位时的累计求和运算的计算量将不可忽视。本发明的方法相当于在相机曝光时就完成了该累计求和运算，减少了后续软件算法的计算量，因此又进一步提高了三维重建的速度。本发明提出的方法采集图像的个数较少，且不受相移步数影响，减少了算法的空间复杂度。
如图6(a)-图6(d)所示，分别是利用20步相移法对本发明方法进行仿真实验，相机端采集到的分子图像、分母图像、背景图像及获取的相位结果示意图。
本发明充分利用MEMS振镜的高频优势，采用较高共振频率的振镜：在不改变相机的曝光时间情况下，选择较高共振频率的MEMS振镜来提高单次曝光时间内的扫描次数。则基于本发明的方法，最佳方案将获得较多的相移步数，因此解算的相位也将更加准确。最终在不降低三维重建速度情况下，最佳方案将获得更高的精度。该最佳方案充分利用了MEMS振镜高速扫描的优点，在低成本情况下很容易就能同时满足三维重建实时性和高精度要求。
在本发明其他的实施例中，也可以采用DMD、LCD等其他类型的投影***：若单次曝光时间内投影***仍可以扫描或投影多次，则基于本发明的方法仍然有效。由于投影的频率较低，分子图像或分母图像所包含的相移图的数量将会随之减少。在三维重建的速度和精度上，该变形方案仍然优于传统方法，但比最佳方案差。此时应当综合优化设计投影***类型、投影频率、激光功率、曝光时间等参数，使该变形方案能同时满足实时性和高精度要求。
本申请实施例还提供一种控制装置，包括处理器和用于存储计算机程序的存储介质；其中，处理器用于执行所述计算机程序时至少执行如上所述的方法。
本申请实施例还提供一种存储介质，用于存储计算机程序，该计算机程序被执行时至少执行如上所述的方法。
本申请实施例还提供一种处理器，所述处理器执行计算机程序，至少执行如上所述的方法。
所述存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备、或者它们的组合来实现。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(ROM，Read Only Memory)、可编程只读存储器(PROM，Programmable Read-Only Memory)、可擦除可编程只读存储器(EPROM，ErasableProgrammable Read-Only Memory)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM，ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory)、磁性随机存取存储器(FRAM，FerromagneticRandom Access Memory)、快闪存储器(Flash Memory)、磁表面存储器、光盘、或只读光盘(CD-ROM，Compact Disc Read-Only Memory)；磁表面存储器可以是磁盘存储器或磁带存储器。易失性存储器可以是随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(SRAM，Static Random Access Memory)、同步静态随机存取存储器(SSRAM，SynchronousStatic Random Access Memory)、动态随机存取存储器(DRAM，Dynamic Random AccessMemory)、同步动态随机存取存储器(SDRAM，Synchronous Dynamic Random AccessMemory)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DDRSDRAM，Double Data RateSynchronous Dynamic Random Access Memory)、增强型同步动态随机存取存储器(ESDRAMEnhanced Synchronous Dynamic Random Access Memory)、同步连接动态随机存取存储器(SLDRAM，Sync Link Dynamic Random Access Memory)、直接内存总线随机存取存储器(DRRAM，Direct Rambus Random Access Memory)。本发明实施例描述的存储介质旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，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全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者，本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例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，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本申请所提供的几个方法实施例中所揭露的方法，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例。
本申请所提供的几个产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。
本申请所提供的几个方法或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种获取折叠相位的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：投影单元以扫描的方式向待测物体投影背景光强，利用相机采集背景图像；
S2：在所述相机的一次曝光时间内，所述投影单元向所述待测物体分别投影多幅不同的相移图；
S3：利用所述相机将多幅不同的所述相移图进行光场叠加得到光场叠加图，所述光场叠加图是分子图像或分母图像；
S4：依次获取多个条纹频率的所述分子图像和所述分母图像；
S5：利用背景图像和每一个所述条纹频率所对应的所述分子图像、所述分母图像获取每一个所述条纹频率的折叠相位。
2.如权利要求1所述的获取折叠相位的方法，其特征在于，获取所述折叠相位的表达式为：
Figure FDA0004197945930000011
其中，
Figure FDA0004197945930000012
b是光强调制度，N是一次曝光时间内总的扫描次数,n表示扫描次数。
3.如权利要求2所述的获取折叠相位的方法，其特征在于，在第n次扫描时，投影的所述背景光强表示为：
Figure FDA0004197945930000013
为了获取所述分子图像，在第n次扫描时，投影的相移图表示为：
Figure FDA0004197945930000014
为了获取所述分母图像，在第n次扫描时，投影的相移图表示为：
Figure FDA0004197945930000015
其中，a是所述的背景光强，b是光强调制度。
4.如权利要求3所述获取折叠相位的方法，其特征在于，在投影所述相移图时，通过控制所述投影单元使所述光强调制度与所述背景光强相等。
5.如权利要求3或4所述获取折叠相位的方法，其特征在于，利用所述相机获取的一个所述条纹频率的所述分子图像、所述分母图像、所述背景图像表示为：
Figure FDA0004197945930000021
Figure FDA0004197945930000022
Figure FDA0004197945930000023
/>
6.如权利要求5所述获取折叠相位的方法，其特征在于，根据所述分子图像、所述分母图像和所述背景图像获取所述折叠相位：
Figure FDA0004197945930000024
7.一种三维重建的方法，其特征在于，包括如下步骤：
采用如权利要求1-6任一所述的获取折叠相位的方法获取每一个所述条纹频率的所述折叠相位；
将所述折叠相位展开，获取所述条纹频率中的最高条纹频率的绝对相位；
对所述投影单元和所述相机组成的三维重建***进行标定，确定相位-高度之间的转化参数；
利用所述转化参数将最高频率的绝对相位转化为高度，获取三维点云。
8.一种三维重建***，其特征在于，用于实现如权利要求7所述的三维重建的方法，包括：
高频投影单元，用于向所述待测物体投影光强；
图像采集单元，用于采集所述待测物体上的光强；
所述高频投影单元的扫描频率大于所述图像采集单元的帧率。
9.如权利要求8所述的三维重建***，其特征在于，所述高频投影单元是条纹投影单元，包括激光器和MEMS振镜；
所述激光器用于向外发射激光；
所述MEMS振镜，用于持续振动扫描，反射所述激光并向待测物体投影光强。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6任一所述方法的步骤。
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