基于格雷码图案投影的结构光三维成像技术

   日期:2020-04-07     浏览:5654    评论:0    
核心提示:基于格雷码图案投影的结构光三维成像技术----2020年第49卷第3期张启灿,吴周杰四川大学电子信息学院三维传感与机器视觉实验室主
基于格雷码图案投影的结构光三维成像技术

----2020年第49卷第3期

张启灿,吴周杰

四川大学电子信息学院三维传感与机器视觉实验室

 

主要内容

 

近年来,结构光三维成像技术被深入研究和广泛应用。在众多的结构光投影三维成像方法中,基于格雷码图案投影的三维成像技术因具有良好的鲁棒性和抗噪性被广泛地应用到工业检测、文物数字化及生物医学检测等领域。投影出去的格雷码图案作为一种结构光,可以直接用来调制被测面形高度分布,也可以用来辅助其他结构光的信息获取和计算,最终达到三维成像的目的。文中概述了基于格雷码图案投影的结构光三维成像技术,回顾了不同种类方法的基本原理以及研究进展,介绍了课题组相关工作上的原理及应用研究结果,分析了格雷码二值图案在三维面形测量应用中的优缺点和适用范围,并指出了该领域今后的发展动向。


图1 基于格雷码图案投影的结构光三维成像技术原理图

 

实验结果

 

课题组运用格雷码结合相移技术,将传统格雷码在时间域和空间域上重新编码,设计了循环互补格雷码[1](Cyclic Complementary Gray code)以及移动格雷码[2](Shifting Gray code),在不增加额外投影图案的前提下避免了边沿跳变误差问题,并以每秒310帧的重建速率实现了对牛顿摆碰撞、积木倒塌等复杂动态过程的三维重建,典型重建结果如图2所示。对复杂工况环境下有强噪声干扰、测量表面反射率不均匀等复杂孤立,甚至是破裂飞散的动态场景,实现高鲁棒性的动态三维成像提供了有力的技术手段。

 

 

 

 

 

未来展望

 

尽管基于格雷码图案投影的结构光三维成像技术已经被大量学者进行研究,并在不同程度上被运用到了各个领域,但随着新需求的不断提出以及技术的持续发展,此类技术将会在高速高动态范围场景表现、级次跳变误差避免或修正、编码效率提升等方面取得新的进展。

 

作者简介


 

张启灿,教授,博导,教育部新世纪优秀人才,四川省学术和技术带头人。从事三维光学测量研究二十余年,现任亚洲实验力学学会(ASEM)指导委员会委员、SCI期刊Optics and Laser in Engineering编委。以动态三维测量研究成果为主要内容,在国内外刊物上发表论文130余篇,SCI他引900余次,在国际学术会议上2次担任大会主席,做了5次邀请报告和。研究成果被SPIE Newsroom和OSA Image of the Week作为科技亮点报道。获2007年教育部“全国百篇优秀博士学位论文”提名,获国家技术发明二等奖一项,教育部自然科学奖一等奖一项。

吴周杰,博士研究生,主要从事便携式三维测量和高速动态过程三维测量等方面的研究。发表SCI收录论文6篇EI收录论文4篇,其中以第一作者身份在Photonic Res., Opt. Express, Opt. Eng.期刊上发表论文4篇,授权发明专利2项。研究成果2次被选为Opt. Express期刊封面论文,1次被OSA Image of the Week报道,获国际学术会议icOPEN 2019最佳学生口头报告奖以及国家奖学金、唐立新奖学金、好未来“汇智未来”奖学金等奖学金。

 

引用格式

 

Zhang Qican, Wu Zhoujie. Three-dimensional imaging technique based on Gray-coded structured illumination[J]. Infrared and Laser Engineering, 2020, 49(3): 030300. doi: 10.3788/IRLA202049.0303004

 
 
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