文献综述(或调研报告):
本课题考虑选择基于立体视觉的结构光投影法,分别用单目和双目两个系统,对面部皱纹进行三维建模。立体视觉技术基于三角原理,利用匹配点得到皱纹的三维信息。结构光投影法利用投影设备向皱纹投射多幅编码图像,可以通过结构光形变计算三维轮廓。而本课题介绍的基于立体视觉的结构光投影法,则是利用结构光向皱纹投影,确定匹配点,通过立体视觉原理进行面部皱纹的三维测量。
本课题着重研究的是结构光编解码原理、皱纹三维测量单双目系统标定原算法和皱纹三维重建算法,并分别从三个角度着手对系统精度进行校正,项目着重针对正弦结构光的编解码问题导致系统重建结果的周期性误差即相位畸变问题进行算法研究[1,2]。
1 结构光编码和解码
结构光即具有特殊光学结构的光源,在主动式三维测量技术中由投影设备向被测量物体投射。其结构设计从简到繁分别有点结构光、线结构光、面结构光和复杂编码后的光学图案。
上世纪七十年代,H.Takasaki提出的Moier条纹在三维测量上的成功应用带来了在结构光技术上越来越多关注和研究[3]。投影莫尔法利用光源照射基准光栅,在被测物体上形成受物体高度调制后的阴影光栅,根据观察阴影光栅和基准光栅重叠形成的莫尔条纹可推导出物体轮廓信息。
数字投影技术的发展使得更多的结构光编码技术取代了莫尔条纹法,编码结构光可分为离散型编码和连续型编码,被广泛应用和研究的具体有形状编码、伪随机编码和正弦光栅编码等。
形状编码技术由投影设备向被测空间投影具有特殊标识的图案,匹配点根据自身形状特征和外周空间的形状特征进行索引定位,此方法通过牺牲空间分辨率换取匹配的准确性。伪随机编码原理与形状编码类似,但分辨率远高于形状编码。目前最常用的编码策略是正弦光栅编码,称相移法,而解码通常指根据调制后的光栅获得对应相位信息的过程。常用的求解相位的方法有格雷码 相移法、多频外差法、傅里叶变换轮廓术等[4]。
多频外差法是求解相位的经典方法之一。多频外差原理于1997年提出[5],用于求解包裹的相位。该方法不存在格雷码 相移法中所存在的周期错位问题,解相结果精确,相比于傅里叶变换轮廓术计算量小,求解简单,精度也较高。以四步相移法 三频外差为例,系统在每个频率上投射相位相差90度的四幅光栅共计十二幅光栅,在每个频率上分别求解得到相位值而后依据外差原理展开相位。本课题将采用该方法来实现结构光的编码和解码。
2 系统参数标定
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