圖像匹配系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種圖像匹配方法，其包括：接收用戶光柵的頻率種類數(shù)、每種頻率光柵的周期數(shù)、及相移次數(shù)；控制投影儀將M種不同頻率的光柵依次根據(jù)相移次數(shù)投影到待測物體的表面，并記錄在每一種頻率及每一次平移下由兩個攝像機(jī)各拍攝的N幅光柵圖像；計(jì)算每個像素點(diǎn)在每幅光柵圖像中的光強(qiáng)；根據(jù)N步相移法計(jì)算像素點(diǎn)在每一種頻率光柵下的相位主值θ(x,y)；根據(jù)像素點(diǎn)在M種不同頻率的光柵下的相位主值計(jì)算每個像素點(diǎn)的相位以得到第一相位灰度圖及第二相位灰度圖；匹配第一相位灰度圖及第二相位灰度圖中的所有像素點(diǎn)以得到所需的圖像。本發(fā)明還提供一種圖像匹配系統(tǒng)，其可以在圖像匹配的時(shí)候不需要外部的約束就可以完成，同時(shí)也提高了計(jì)算速度。
【專利說明】圖像匹配系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種圖像匹配系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)是一種迅速發(fā)展的技術(shù)。將結(jié)構(gòu)光照射在物體上，利用 攝像機(jī)拍到的圖片進(jìn)行編碼和匹配是系統(tǒng)的重要部分，是獲得高精度三維測量的基礎(chǔ)?；?于一維正弦光柵的相移解相位編碼方法，如格雷碼，多頻外差法等廣泛應(yīng)用于各種掃描測 量系統(tǒng)之中。一維正弦光柵只在一個方向有變化，解出相位后不能直接用相位匹配圖像，還 需要外部條件，如極線約束。這樣給計(jì)算帶來很大的不便。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 鑒于以上內(nèi)容，有必要提供圖像匹配系統(tǒng)及方法，其可以在圖像匹配的時(shí)候不需 要外部的約束就可以完成，而且計(jì)算速度也提高很多。
[0004] 一種圖像匹配系統(tǒng)，其包括：接收模塊，用于接收用戶光柵的頻率種類數(shù)、每種頻 率光柵的周期數(shù)、及相移次數(shù)；投影模塊，用于投影儀將Μ種不同頻率的光柵依次根據(jù)相移 次數(shù)投影到待測物體的表面，并記錄在每種頻率及每次平移下由兩個攝像機(jī)各拍攝的Ν幅 光柵圖像；光強(qiáng)計(jì)算模塊，用于計(jì)算每個像素點(diǎn)在每幅光柵圖像中的光強(qiáng)；相位主值計(jì)算 模塊，用于根據(jù)Ν步相移法計(jì)算每個像素點(diǎn)在每種頻率光柵下的相位主值Θ (x，y);相位計(jì) 算模塊，用于根據(jù)每個像素點(diǎn)在Μ種不同頻率光柵下的相位主值計(jì)算每個像素點(diǎn)的相位以 得到第一相位灰度圖及第二相位灰度圖，所述第一相位灰度圖為第一個攝像機(jī)所拍攝的光 柵圖像計(jì)算得到的相位灰度圖，所述第二相位灰度圖為第二個攝像機(jī)所拍攝的光柵圖像計(jì) 算得到的相位灰度圖；匹配模塊，用于匹配第一相位灰度圖及第二相位灰度圖中的所有像 素點(diǎn)以得到所需的圖像。
[0005] -種圖像匹配方法，該方法包括：接收步驟，接收用戶輸入光柵的頻率種類數(shù)、每 種頻率光柵的周期數(shù)、及相移次數(shù)；投影步驟，使投影儀將Μ種不同頻率的光柵依次根據(jù)相 移次數(shù)投影到待測物體的表面，并記錄在每種頻率及每次平移下由兩個攝像機(jī)各拍攝的Ν 幅光柵圖像；光強(qiáng)計(jì)算步驟，計(jì)算每個像素點(diǎn)在每幅光柵圖像中的光強(qiáng)；相位主值計(jì)算步 驟，根據(jù)Ν步相移法計(jì)算每個像素點(diǎn)在每種頻率光柵下的相位主值Θ (x，y);相位計(jì)算步 驟，根據(jù)每個像素點(diǎn)在Μ種不同頻率光柵下的相位主值計(jì)算每個像素點(diǎn)的相位以得到第一 相位灰度圖及第二相位灰度圖，所述第一相位灰度圖為第一個攝像機(jī)所拍攝的光柵圖像計(jì) 算得到的相位灰度圖，所述第二相位灰度圖為第二個攝像機(jī)所拍攝的光柵圖像計(jì)算得到的 相位灰度圖；匹配步驟，匹配第一相位灰度圖及第二相位灰度圖中的所有像素點(diǎn)以得到所 需的圖像。
[0006] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，所述圖像匹配系統(tǒng)及方法使得每個像素點(diǎn)對應(yīng)唯一的一個相 位，使每個像素點(diǎn)的編碼都是唯一的，從而在圖像匹配的時(shí)候不需要外部的約束，直接利用 像素點(diǎn)的相位進(jìn)行插值匹配就可以完成，同時(shí)也提高了計(jì)算速度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 圖1是本發(fā)明圖像匹配系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境圖。
[0008] 圖2是本發(fā)明圖像匹配系統(tǒng)的模塊圖。
[0009] 圖3是本發(fā)明圖像匹配方法的較佳實(shí)施例的流程圖。
[0010] 圖4是本發(fā)明雙線性插值的示意圖。
[0011] 主要元件符號說明
[0012]

【權(quán)利要求】
1. 一種圖像匹配系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括： 接收模塊，用于接收用戶輸入光柵的頻率種類數(shù)、每種頻率光柵的周期數(shù)、及相移次數(shù) N； 投影模塊，用于投影儀將Μ種不同頻率的光柵依次根據(jù)相移次數(shù)投影到待測物體的表 面，并記錄在每種頻率及每次平移下由兩個攝像機(jī)各拍攝的Ν幅光柵圖像； 光強(qiáng)計(jì)算模塊，用于計(jì)算每個像素點(diǎn)在每幅光柵圖像中的光強(qiáng)； 相位主值計(jì)算模塊，用于根據(jù)Ν步相移法計(jì)算每個像素點(diǎn)在每種頻率光柵下的相位主 值 θ (X，y); 相位計(jì)算模塊，用于根據(jù)每個像素點(diǎn)在Μ種不同頻率光柵下的相位主值計(jì)算每個像素 點(diǎn)的相位以得到第一相位灰度圖及第二相位灰度圖，所述第一相位灰度圖為第一個攝像機(jī) 所拍攝的光柵圖像計(jì)算得到的相位灰度圖，所述第二相位灰度圖為第二個攝像機(jī)所拍攝的 光柵圖像計(jì)算得到的相位灰度圖； 匹配模塊，用于匹配第一相位灰度圖及第二相位灰度圖中的所有像素點(diǎn)以得到所需的 圖像。
2. 如權(quán)利要求1所述的圖像匹配系統(tǒng)，其特征在于，在第m種頻率的光柵下，像素點(diǎn)在 第i幅光柵圖像中的光強(qiáng)為：
其中a為系數(shù)，X，y為像素點(diǎn)在光柵圖像中的橫、縱坐標(biāo)，Φπ為第m種光柵的周期數(shù)， m和i是大于0的整數(shù)，m彡M，i彡N。
3. 如權(quán)利要求2所述的圖像匹配系統(tǒng)，其特征在于，所述像素點(diǎn)在第m種頻率的光柵下 的相位主值：
4. 如權(quán)利要求1所述的圖像匹配系統(tǒng)，其特征在于，每個像素點(diǎn)的相位為像素點(diǎn)在頻 率最大的光柵下的絕對相位。
5. 如權(quán)利要求4所述的圖像匹配系統(tǒng)，其特征在于，所述Μ種不同頻率的光柵按照頻率 的大小從小到大依次為頻率為λ i的光柵、頻率為λ2的光柵…及頻率為λΜ的光柵，像素 點(diǎn)在頻率入1、頻率入 2?及頻率^光柵下的相位主值依次為91，92?9"; 頻率為λ i的光柵的周期數(shù)最大，則像素點(diǎn)在頻率為λ i光柵下的絕對相位為其相 位主值Θ i ; 所述像素點(diǎn)在頻率λ 2光柵下的絕對相位Φ2為像素點(diǎn)在頻率λ i光柵 下的絕對相位％及像素點(diǎn)在頻率λ 2光柵下的相位主值疊加得到的，所述
所述像素點(diǎn)在頻率為λ Μ的光柵下的絕對相位ΦΜ為像素點(diǎn)在頻率為λ η 光柵下的絕對相位及頻率為λΜ光
柵下的相位主值疊加得到的，所述 的結(jié)果取整。
6. 如權(quán)利要求1所述的圖像匹配系統(tǒng)，其特征在于，所述匹配模塊匹配第一相位灰度 圖及第二相位灰度圖的步驟包括： 若第一相位灰度圖的任意一個像素點(diǎn)的相位為Ρ〇,在第二相位灰度圖中找到四個位 置相鄰的像素點(diǎn)，且四個像素點(diǎn)的相位分別為PQQ、PQ1、P1Q、Ρ η，滿足：PQ>PQ()，PQ〈PQ1，Ρ/Ρκ)， Ρ〇<Ρπ ； 利用雙線性插值計(jì)算出在第二相位灰度圖中與相位為h的像素點(diǎn)相匹配的像素點(diǎn)P' 的坐標(biāo)； 設(shè)相位為ΡΜ的像素點(diǎn)的坐標(biāo)為（Χ(ι，％)，則與匕相位相匹配的相位P'的像素點(diǎn)坐標(biāo) (y)為··
7. -種圖像匹配方法，其特征在于，該方法包括： 接收步驟，接收用戶輸入光柵的頻率種類數(shù)、每種頻率光柵的周期數(shù)、及相移次數(shù)N; 投影步驟，使投影儀將Μ種不同頻率的光柵依次根據(jù)相移次數(shù)投影到待測物體的表 面，并記錄在每種頻率及每次平移下由兩個攝像機(jī)各拍攝的Ν幅光柵圖像； 光強(qiáng)計(jì)算步驟，計(jì)算每個像素點(diǎn)在每幅光柵圖像中的光強(qiáng)； 相位主值計(jì)算步驟，根據(jù)Ν步相移法計(jì)算每個像素點(diǎn)在每種頻率光柵下的相位主值 θ (χ, y)； 相位計(jì)算步驟，根據(jù)每個像素點(diǎn)在Μ種不同頻率光柵下的相位主值計(jì)算每個像素點(diǎn)的 相位以得到第一相位灰度圖及第二相位灰度圖，所述第一相位灰度圖為第一個攝像機(jī)所拍 攝的光柵圖像計(jì)算得到的相位灰度圖，所述第二相位灰度圖為第二個攝像機(jī)所拍攝的光柵 圖像計(jì)算得到的相位灰度圖； 匹配步驟，匹配第一相位灰度圖及第二相位灰度圖中的所有像素點(diǎn)以得到所需的圖 像。
8. 如權(quán)利要求7所述的圖像匹配方法，其特征在于，在第m種頻率的光柵下，像素點(diǎn)在 第i幅光柵圖像中的光強(qiáng)為：
其中a為系數(shù)，X，y為像素點(diǎn)在光柵圖像中的橫、縱坐標(biāo)，Φπ為第m種光柵的周期數(shù)， m和i是大于0的整數(shù)，m彡M，i彡N。
9. 如權(quán)利要求8所述的圖像匹配方法，其特征在于，所述像素點(diǎn)在第m種頻率的光柵下 的相位主值：
10. 如權(quán)利要求7所述的圖像匹配方法，其特征在于，每個像素點(diǎn)的相位為像素點(diǎn)在頻 率最大的光柵下的絕對相位。
11. 如權(quán)利要求10所述的圖像匹配方法，其特征在于，所述Μ種不同頻率的光柵按照頻 率的大小從小到大依次為頻率為λ 1的光柵、頻率為λ 2的光柵…及頻率為λ μ的光柵，像 素點(diǎn)在頻率、頻率λ^··及頻率λΜ光柵下的相位主值依次為θ^·· ΘΜ; 頻率為λ i的光柵的周期數(shù)最大，則像素點(diǎn)在頻率為λ i光柵下的絕對相位為其相 位主值Θ i ; 所述像素點(diǎn)在頻率λ 2光柵下的絕對相位Φ2為像素點(diǎn)在頻率λ i光柵 下的絕對相位Φ,
及像素點(diǎn)在頻率λ 2光柵下的相位主值疊加得到的，所述 所述像素點(diǎn)在頻率為λ Μ的光柵下的絕對相位ΦΜ為像素點(diǎn)在頻率為λ η 光柵下的絕對相位Φη及頻率為λΜ光柵下的相位主值疊加得到的，所述
的結(jié)果取整。
12. 如權(quán)利要求7所述的圖像匹配方法，其特征在于，所述匹配第一相位灰度圖及第二 相位灰度圖的步驟包括： 若第一相位灰度圖的任意一個像素點(diǎn)的相位為Ρ〇,在第二相位灰度圖中找到四個位 置相鄰的像素點(diǎn)，且四個像素點(diǎn)的相位分別為PQQ、PQ1、P1Q、Ρ η，滿足：PQ>PQ()，PQ〈PQ1，Ρ/Ρκ)， Ρ〇<Ρπ ； 利用雙線性插值計(jì)算出在第二相位灰度圖中與相位為h的像素點(diǎn)相匹配的像素點(diǎn)P' 的坐標(biāo)； 設(shè)相位為ΡΜ的像素點(diǎn)的坐標(biāo)為（Χ(ι，％)，則與匕相位相匹配的相位P'的像素點(diǎn)坐標(biāo) (y)為··
【文檔編號】G06T7/00GK104103058SQ201310111037
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月1日
【發(fā)明者】吳新元, 張旨光, 謝鵬 申請人:鴻富錦精密工業(yè)（深圳）有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司