基于彩色结构光的实时三维重建-计算机应用与软件.PDF

第２６卷第１２期　　　 计算机应用与软件 Ｖｏｌ２６Ｎｏ．１２ ０９ ２００９年１２月　　 ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＳｏｆｔｗａｒｅ Ｄｅｃ．２０ 基于彩色结构光的实时三维重建 黄俊春　章炯民 （华东师范大学计算机科学与技术系　上海２０００６２） 摘　要　　提出一种新颖的基于彩色结构光的实时三维重建方法ＲＲＣＳ（Ｒｅａｌｔｉｍｅ３ＤＲｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＣｏｌｏｒｃｏｄｅｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｌｉｇｈｔ），利用投影在物体表面的彩色结构光的彩色信息，快速准确地还原相位，计算出物体的高度，最终重建物体的三维模型。针对 ＲＲＣＳ的特殊性，设计了基于拓扑排序的解相位算法，以及针对点线的快速三角网化算法。实验结果表明，ＲＲＣＳ对设备的要求低， 效果较好，具备基本的实时性能。 关键词　　彩色结构光　实时三维重建　三维 ＲＥＡＬＴＩＭＥ３ＤＲＥＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＢＡＳＥＤＯＮＣＯＬＯＵＲＣＯＤＥＤ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＤＬＩＧＨＴ ＨｕａｎｇＪｕｎｃｈｕｎ　ＺｈａｎｇＪｉｏｎｇｍｉｎ （ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＥａｓｔＣｈｉｎａＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００６２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ　　Ｔｈｅｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｄａｎｏｖｅｌｒｅａｌｔｉｍｅ３Ｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｃｏｌｏｕｒｃｏｄｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｌｉｇｈｔ（ＲＲＣＳ）．Ｉｔｒｅｔｒｉｅｖｅｓ ｐｈａｓｅｑｕｉｃｋｌｙａｎｄｃｏｒｒｅｃｔｌｙｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｃｏｌｏｕｒｆｕｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｃｏｌｏｕｒｃｏｄｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｌｉｇｈｔｐｒｏｊｅｃｔｅｄｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｏｂｊｅｃｔ，ａｎｄｔｈｅｎｃａｌｃｕ ｌａｔｅｓｔｈｅｈｅｉｇｈｔｏｆｔｈｅｏｂｊｅｃｔｉｎｏｒｄｅｒｔｏｆｉｎａｌｌｙｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｔｈｅｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎｍｏｄｅｌ．ＩｎｌｉｇｈｔｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｉｔｙｏｆＲＲＳＣ，ｉｎｔｈｅｐａｐｅｒａｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｓｏｒｔｉｎｇａｎｄａｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆｑｕｉｃｋｔｒｉａｎｇｕｌａｔｅｄｎｅｔｂｕｉｌｄｉｎｇａｉｍｉｎｇａｔｐｏｉｎｔｓａｎｄｌｉｎｅｓａｒｅａｌｓｏｄｅｓｉｇｎｅｄ． ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔＲＲＣＳｈａｓｌｏｗｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｉｎｈａｒｄｗａｒｅｗｉｔｈｇｏｏｄｅｆｆｅｃｔ，ｉｔｐｏｓｓｅｓｓｅｓｂａｓｉｃｒｅａｌｔｉｍｅａｂｉｌｉｔｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　　Ｃｏｌｏｕｒｃｏｄｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｌｉｇｈｔ　Ｒｅａｌｔｉｍｅ３Ｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　３Ｄ 备［２］，如高速摄像机、旋转分光器等，使用硬件设备在短时间内 ０　引　言 （小于２５ｍｓ）采集三幅不同相位的图像，应用正弦光栅相位测量 法，进行三维建模。本质上，这种方法仍然使用了静态图像的三 随着计算机硬件的不断发展，非接触式光学三维重建越来 维重建方法。 越受到重视。目前，光学三维重建的方法主要有：双目视差法、 本文提出的基于彩色结构光［３］的ＲＲＣＳ以彩色结构光为载 单激光线扫描法、正弦光栅相位测量法和傅里叶变换法等。双 体，将位置信息投影到目标表面，摄像机采集被物体扭曲的彩色 目