高效RGB格雷码与相移法结合的三维重建技术
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（ 西南科技大学 信息工程学院，四川 绵阳 621000）
摘 要： 针对传统相移法在三维（ 3D） 轮廓重建时相位展开耗时长和精度较低的问题，提出了一种新的高
效率的三原色（ RGB） 格雷码编码方式对相位解包裹。用彩色摄像机分别拍摄经由物体高度信息调制后
变形的正弦光栅图像，每幅光栅图片相移 π /2； 在正弦光栅灰度值最大处投射 RGB 格雷码对条纹定级； 根
中图分类号： TP 391
文献标识码： A
文章编号： 1000—9787（ 2019） 05l reconstruction technology combined high-efficiency RGB gray-code with phase-shift method*
包裹相位来建立条纹周期编号组合表，通过获得条纹周期 数和利用条纹周期与包裹相位之间的数学关系得到绝对相 位，实现解包裹。文献［3］中采用格雷码—相移组合的结构 光，结合双目立体视觉技术的三维表面测量方法，重建结果 验证该方法的准确性和可靠性。文献［4］针对牙齿的三维 轮廓重建提出了一种基于张正友标定法提出一种快速、精 确的相机与投影仪联合标定的方法提高系统的精度，测量 误差小于 0． 1 mm。文献［5］中提出了一种双频相移与格雷 码结合的方法，消除了测量过程中的由周期跳变导致的粗 大误差，有效提高了系统的精度。
0引言
传统的三维模型测量手段主要有基于被动光测量和主 动光测量。基于主动光的非接触式三维测量技术在现代工 业中占据重要的地位且精度高于被动光的方法。主动光视 觉按投射结构光的属性分为散斑、线结构光、光栅等，主动 光视觉通过人为投射具有某种属性的结构光，来解决由于 物体缺乏纹理而造成的测量困难。
文献［1］提出了一种基于面结构光的刀具三维测量系 统，采用多频外差法与 4 步相移法结合的方法使系统获得 了较高的测量精度，测量误差小于 0． 09 mm。文献［2］提出 了一种双频相移三维测量方法，使用通过四步相移法求解
本文 提 出 了 基 于 RGB 格 雷 码 和 相 移 法 相 结 合 的 三 维
2019 年 第 38 卷 第 5 期
传感器与微系统（ Transducer and Microsystem Technologies）
59
DOI： 10． 13873 / J． 1000—9787（ 2019） 05—0059—04
高效 RGB 格雷码与相移法结合的三维重建技术*
皮金柱，梁艳阳，何宏森
据左右图像的相位展开值和双目视觉原理对左右视图进行匹配，恢复模型的 3D 轮廓。提出的方法在
64 级条纹之内将解码需要的投影条纹数量减少到 3 幅，测量速度和精度都有明显提高。将提出的方法应
用在模型表面测量和标准球测量实验中，结果表明，提出的方法提高了重建速率且精度小于 0． 03 mm。
关键词： RGB 格雷码； 相移法； 双目立体视觉； 三维重建
PI Jinzhu，LIANG Yanyang，HE Hongsen
（ School of Information Engineering，Southwest University of Science and Technology，Mianyang 621000，China）
Abstract： Aiming at the problem of long phase delay and low precision of traditional phase shift method in threedimensional（ 3D） contour reconstruction，a new high efficiency RGB Gray code encoding method is presented for phase unwrapping． Color camera is used to shoot，respectively，deformed grating image after modulation，by height information of the object，each grating phase shift π /2． RGB grayscales are projected at the maximum of the grayscale value of the sine grating to classify the stripes． The left and right views are matched according to the phase unwrapping value of the left and right images and the binocular vision principle to restore 3D outline of the model． This method reduces the number of projection fringes required for decoding to three within 64 stripes， thereby significantly improve measurement speed and precision． The method is applied to the model surface measurement and standard sphere measurement experiments． The results show that the method improves reconstruction rate and the precision is less than 0． 03 mm． Keywords： RGB Gray-code； phase shift method； binocular stereoscopic vision； three-dimensional （ 3D ） reconstruction
摘 要： 针对传统相移法在三维（ 3D） 轮廓重建时相位展开耗时长和精度较低的问题，提出了一种新的高
效率的三原色（ RGB） 格雷码编码方式对相位解包裹。用彩色摄像机分别拍摄经由物体高度信息调制后
变形的正弦光栅图像，每幅光栅图片相移 π /2； 在正弦光栅灰度值最大处投射 RGB 格雷码对条纹定级； 根
中图分类号： TP 391
文献标识码： A
文章编号： 1000—9787（ 2019） 05l reconstruction technology combined high-efficiency RGB gray-code with phase-shift method*
包裹相位来建立条纹周期编号组合表，通过获得条纹周期 数和利用条纹周期与包裹相位之间的数学关系得到绝对相 位，实现解包裹。文献［3］中采用格雷码—相移组合的结构 光，结合双目立体视觉技术的三维表面测量方法，重建结果 验证该方法的准确性和可靠性。文献［4］针对牙齿的三维 轮廓重建提出了一种基于张正友标定法提出一种快速、精 确的相机与投影仪联合标定的方法提高系统的精度，测量 误差小于 0． 1 mm。文献［5］中提出了一种双频相移与格雷 码结合的方法，消除了测量过程中的由周期跳变导致的粗 大误差，有效提高了系统的精度。
0引言
传统的三维模型测量手段主要有基于被动光测量和主 动光测量。基于主动光的非接触式三维测量技术在现代工 业中占据重要的地位且精度高于被动光的方法。主动光视 觉按投射结构光的属性分为散斑、线结构光、光栅等，主动 光视觉通过人为投射具有某种属性的结构光，来解决由于 物体缺乏纹理而造成的测量困难。
文献［1］提出了一种基于面结构光的刀具三维测量系 统，采用多频外差法与 4 步相移法结合的方法使系统获得 了较高的测量精度，测量误差小于 0． 09 mm。文献［2］提出 了一种双频相移三维测量方法，使用通过四步相移法求解
本文 提 出 了 基 于 RGB 格 雷 码 和 相 移 法 相 结 合 的 三 维
2019 年 第 38 卷 第 5 期
传感器与微系统（ Transducer and Microsystem Technologies）
59
DOI： 10． 13873 / J． 1000—9787（ 2019） 05—0059—04
高效 RGB 格雷码与相移法结合的三维重建技术*
皮金柱，梁艳阳，何宏森
据左右图像的相位展开值和双目视觉原理对左右视图进行匹配，恢复模型的 3D 轮廓。提出的方法在
64 级条纹之内将解码需要的投影条纹数量减少到 3 幅，测量速度和精度都有明显提高。将提出的方法应
用在模型表面测量和标准球测量实验中，结果表明，提出的方法提高了重建速率且精度小于 0． 03 mm。
关键词： RGB 格雷码； 相移法； 双目立体视觉； 三维重建
PI Jinzhu，LIANG Yanyang，HE Hongsen
（ School of Information Engineering，Southwest University of Science and Technology，Mianyang 621000，China）
Abstract： Aiming at the problem of long phase delay and low precision of traditional phase shift method in threedimensional（ 3D） contour reconstruction，a new high efficiency RGB Gray code encoding method is presented for phase unwrapping． Color camera is used to shoot，respectively，deformed grating image after modulation，by height information of the object，each grating phase shift π /2． RGB grayscales are projected at the maximum of the grayscale value of the sine grating to classify the stripes． The left and right views are matched according to the phase unwrapping value of the left and right images and the binocular vision principle to restore 3D outline of the model． This method reduces the number of projection fringes required for decoding to three within 64 stripes， thereby significantly improve measurement speed and precision． The method is applied to the model surface measurement and standard sphere measurement experiments． The results show that the method improves reconstruction rate and the precision is less than 0． 03 mm． Keywords： RGB Gray-code； phase shift method； binocular stereoscopic vision； three-dimensional （ 3D ） reconstruction