(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202211123649.3 (22)申请日 2022.09.15 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 115187649 A (43)申请公布日 2022.10.14 (73)专利权人 中国科学技术大学 地址 230026 安徽省合肥市包河区金寨路 96号 (72)发明人 金一　张睿虎　江俊男　段明辉　 范鑫　吕盼稂　陈恩红　 (74)专利代理 机构 北京凯特来知识产权代理有 限公司 1 1260 专利代理师 郑立明　韩珂 (51)Int.Cl. G06T 7/521(2017.01)G06T 17/00(2006.01) G06N 3/04(2006.01) G06N 3/08(2006.01) G01B 11/25(2006.01) 审查员 杨静 (54)发明名称 抗强环境光干扰的三维测量方法、 系统、 设 备及存储介质 (57)摘要 本发明公开了一种抗强环境光干扰的三维 测量方法、 系统、 设备及存储介质， 相关方案通过 一个经过适 当训练的深度学习网络， 从受强环境 光影响的单幅条纹图像中提取高精度的相位信 息， 只需三条不同频率的条 纹即可获得高质量的 三维成像结果； 实验结果表明， 基于深度学习的 反环境光投影轮廓技术可以减少相位误差， 实现 高质量的三维形状重建。 与传统方法相比， 消除 了高直流分量， 而且明显增强了条纹调制， 具有 更好的三维成像能力， 并且解决了环 境光对于条 纹投影轮廓术的限制， 在光学领域具备很大的实 用价值。 权利要求书4页 说明书12页 附图7页 CN 115187649 B 2022.12.30 CN 115187649 B 1.一种抗强环境 光干扰的三维测量方法， 其特 征在于， 包括： 使用无环境光下的 K步相移算法捕获每一物体多种不同频率的条纹图像， 并对每一种 频率的条纹图像分别进行相位分析， 得到每一物体每一种频率对应的用以计算包裹相位的 分子项和分母项， 并作为数据集的真值； 其中， K≥ 3； 定量地改变投影条纹的平均强度和调制 强度， 对同一物体拍摄多组场景， 在每组场景 下分别选取多种不同频率条纹图像序列的相同位置条纹图像作为数据集的输入项， 生成用 于网络训练的数据集； 基于卷积神经网络， 构建基于深度学习的抗环境光网络， 利用构建的数据集及相应的 真值训练抗环境 光网络； 将待成像的条纹图像输入至训练后的抗环境光网络， 使用多频外差方法对利用训练后 的抗环境光网络获得 的包裹相位进行解缠， 提取出绝对相位分布， 再结合已知的系统标定 参数实现三维成像； 其中， 定量地改变投影条纹的平均强度和调制强度， 对同一物体拍摄多组场景， 在每组 场景下分别选取多种不同频率条纹图像序列的相同位置条纹图像作为数据集的输入项包 括： 设置场景数目为三组， 定量地调整投影条纹图案的平均强度和调制强度， 以设定间隔 s 增强条纹的平均强度， 并降低相应的调制强度， 对同一物体拍摄三组场景， 第一组场景的平 均强度 和调制强度 表示为 ，S为设定值； 第二组场景的平均强度 和 调制强度 表示为 ， 第三组场景的平均强度 和调制强度 表示 为  ； 其中， 第一组场景为正常场景， 其对应 无环境光的场景， 第二 组场景与第三组场景为受到环境光影响的场景， 且第二组场景下的环境光影响小于第三组 场景下的环境光影响； 每一组场景下均获得对应的三种不同频率条纹图像序列， 从每一种 频率条纹图像序列中选出相同位置条纹图像作为数据集的输入项； 所述利用构建的数据集及相应的真值训练抗环境 光网络包括： 利用所述抗环境光网络预测出的计算包裹相位的分子项和分母项， 以及相应的真值构 建损失函数， 表示 为： 其中， 表示抗环境光网络中包括权重、 偏差和卷积核的参数空间； H与W分别表示数据 集中条纹图像的高度与宽度； t为频率的标记符号， 数字越高对应的频率值越高； 与 表示参数空间为 的抗环境光网络预测出 的计算包裹相位的分子项和分母项； Nt和 Dt表示用以计算包裹相位的分子项和分母项的真值； 所述抗环境光网络包括： 编码器、 连接器与解码器； 其中： 所述编码器中包括多个依次 连接的残差块， 相邻残差块之间设有池化层， 通过残差块与池化层对输入的条纹图像进行 下采样， 编码 器的输出为特征图； 连接器输入为所述编 码器输出的特征图， 连接器通过残差 块实现， 对编 码器输出的特征图进行 处理后， 发送到解码 器； 解码器包括多个依次连接的残 差块以及末尾的卷积层， 通过残差块对连接器输出 的特征图进行上采样， 且不同的残差块权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115187649 B 2之间设有跳跃连接， 最后一个残差块的输出经过所述末 尾的卷积层输出多种不同频率对应 的计算包裹相位的分子项和分母项； 所述使用多频外差方法对利用训练后的抗环境光网络获得的包裹相位进行解缠， 提取 出绝对相位分布包括： 设置频率数目为3， 利用训练后的抗环境光网络预测的每一种频率对应的用以计算包 裹相位的分子项和分母项， 计算出相应频率的包裹相位， 表示 为： 其中，l、m、h分别为三种不 同频率的标记符号， 对应 的频率值依次增高， Nl，Nm与Nh为对 应频率的包裹相位的分子项， Dl，Dm与Dh为对应频率的包裹相位的分母项， 、 与 表示 对应频率的包裹相位； 将三个频率的包裹相位逐层作差， 使得 具有唯一的相位分布， 再通过分层解缠过 程从 、 和 中提取绝对相位分部 ， 表示为： 其中，fh、fm分别表示频率的标记符号 h、m对应的频率值， 为 与 的差值， 为 与 的差值， 为差值 与差值 的差值， 为差值 的绝对相位分布， 为 圆周率。 2.根据权利要求1所述的一种抗强环境光干扰的三维测量方法， 其特征在于， 所述使用 无环境光下 的K步相移算法捕获每一物体多种不同频率的条纹图像， 并对每一种 频率的条 纹图像分别进 行相位分析， 得到每一物体每一种频率对应的用以计算包裹相位的分子项和 分母项包括： 在无环境光照的条件下， 利用 K步相移算法， 将 K幅条纹图案依次投射到物体上， 捕 获三权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115187649 B 3