工程案例：基于条纹投影轮廓术的人脸检测方法 内容提要： 。在光电信息检测的三维图像测量方法部分，设置“基于条纹 投影轮廓术的人脸检测方法工程案例”。首先介绍结构光三维 检测的系统结构的基本组成，再次，从相位提取和相位展开两 个方面对该技术的基本原理进行阐述，最后从技术实现、技术 难点方面进行可靠性分析。 6
工程案例：基于条纹投影轮廓术的人脸检测方法 内容提要： ⚫ 在光电信息检测的三维图像测量方法部分，设置 “基于条纹 投影轮廓术的人脸检测方法工程案例”。首先介绍结构光三维 检测的系统结构的基本组成，再次，从相位提取和相位展开两 个方面对该技术的基本原理进行阐述，最后从技术实现、技术 难点方面进行可靠性分析。 6
引言： 。三维面形测量中的条纹投影轮廓术是《光电信息检 测》课程的重点与难点。本工程案例来源于我们的 科研项目，拟从研究背景、组成原理、技术实现途 径、关键技术及解决措施、研制难点及解决措施等 方面对该案例进行详细的阐述
引言： 三维面形测量中的条纹投影轮廓术是《光电信息检 测》课程的重点与难点。本工程案例来源于我们的 科研项目，拟从研究背景、组成原理、技术实现途 径、关键技术及解决措施、研制难点及解决措施等 方面对该案例进行详细的阐述。 7
需求背景： 。三维面形测量技术在科学研究、工业检测与制造、生物医 学和生活消费电子等领域具有广泛的应用前景 。基于结构光三维测量的人脸识别技术已经成为日前研究的 研究热点 。结构光三维面形测量技术作为获取真实三维世界信息的重 要手段之一，为重构物体真实几何形貌及后续的三维建模、 检测、识别等提供了数据基础 用信息化和工业化两化深度融合来引领和带动整个制造业的发展。一《中国制造2025》 8
需求背景： 三维面形测量技术在科学研究、工业检测与制造、生物医 学和生活消费电子等领域具有广泛的应用前景 基于结构光三维测量的人脸识别技术已经成为日前研究的 研究热点 结构光三维面形测量技术作为获取真实三维世界信息的重 要手段之一，为重构物体真实几何形貌及后续的三维建模、 检测、识别等提供了数据基础 “ 用信息化和工业化两化深度融合来引领和带动整个制造业的发展。——《中国制造2025》 8
工业快速获得准确完整的面形、缩 医学面部软组织形态修复、外科手 短产品或模具的研发周期 术、定做假牙义肢 p Part set-up 05000405 5 urface prof相0 0000.1520 BRAIN SEFGEPY EETSZ Next part ant-up VIRTUAL REY 脑小科手术遇到虚拟现实 生活Phone X:基于结构光三维 其它瞬态场景三维重构、运动物 光学传感技术的Face-ID人脸识别 体测量等 功能 Modulated profile of Recorded recorded fringe pattern fringe TrueDepth camera system (a) pattern Pending drop Fluorescing liquid Fringe projection Fluorescence 9 bandpass filter 你个位上边有行一个具栏 3D reconstruction Camera
9 工业 快速获得准确完整的面形、缩 短产品或模具的研发周期 医学 面部软组织形态修复、外科手 术、定做假牙义肢 生活 iPhone X：基于结构光三维 光学传感技术的Face-ID人脸识别 功能 其它 瞬态场景三维重构、运动物 体测量等
主体内容： 。从条纹投影轮廓术的四个方面来阐述 ●基本原理 。技术实现途径 ● 关键技术 ●技术难点及解决措施 10
主体内容： 从条纹投影轮廓术的四个方面来阐述 ⚫ 基本原理 ⚫ 技术实现途径 ⚫ 关键技术 ⚫ 技术难点及解决措施 10
条纹投影三维检测技术原理： I(x,y)=A(x,y)+B(x,y).cos[o(x,y)+6] I,(x,y)=A(x,y)+ B(x,y).cos o(x,y)+8, 条纹在物体表 面形成弯曲 多帧相移条纹 畸变条纹 投影仪 CCD相机 11
条纹投影三维检测技术原理： 投影仪 CCD相机 11 条纹在物体表 面形成弯曲 多帧相移条纹 I x y A x y B x y x y n n ( , ) ( , ) ( , ) cos ( , ) = + + ' ( , ) ( , ) ( , ) cos ( , ) n n I x y A x y B x y x y = + + 畸变条纹
相位提取 当投影的正弦光栅被移动其周期的1/N时，条纹图的相 位被移动了2π/N,产生一个新的强度函数I(x,y) am2 背景光强氵 调制度 相位变化 g●000 N步相移条纹 12
相位提取 12 当投影的正弦光栅被移动其周期的1/N时，条纹图的相 位被移动了2 π/N，产生一个新的强度函数I n ( x,y ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 , , , cos , 2 π − = + + n n I x y A x y B x y x y N …… 背景光强 调制度 相位变化 N步相移条纹
截断相位 从N个相移条纹图中计算出截断相位： >1(x.y)sin[2n(n-1)/N] (x,y)=arctan ∑1.(x,y)cos[2π(n-l)/N] 6 入(p 200 400 600 800 X(pixel) 截断相位的取值被限制在[-π，π之间 13
截断相位 13 从N个相移条纹图中计算出截断相位： ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 1 , sin 2π 1 , arctan , cos 2π 1 N n n N n n I x y n N x y I x y n N = = − = − 截断相位的取值被限制在[-π,π]之间
相位展开 将截断相位恢复为连续相位。在展开方向上对相邻两 个像素点的相位值进行比较，如果后一点与前一点的 差值差小于-元，则后一点相位值加2π；若差值大于π， 则后一点减2元 Φ(x,y)=(xy)+2km 30 20 10 200 400 600 800 X(pixel) 连续相位 14
相位展开 14 将截断相位恢复为连续相位。在展开方向上对相邻两 个像素点的相位值进行比较，如果后一点与前一点的 差值差小于- π，则后一点相位值加2 π；若差值大于π， 则后一点减2 π = + ( x y x y k , , 2 ) ( ) π 连续相位
高度计算 CCD Projector Camera Grating B B:投影仪出瞳 E:相机入瞳 Lo ©：投影仪与相机光轴的角度 DF=h:待测物体表面D点的高度 D 0 Object BE=d:投影仪与相机的水平距离 A EO=L,：相机与参考面的距离 C、D两点在相机上成像于同一点 探测器上一点D。对应于参考面上C点的相位 A、D两点相位中A、中D相同，即中4=中o,根据△ACD~△EBD: hLo-h AC d 15
高度计算 15 B：投影仪出瞳 E：相机入瞳 Θ：投影仪与相机光轴的角度 ：待测物体表面D点的高度 ：投影仪与相机的水平距离 ：相机与参考面的距离 DF = h BE = d EO = L0 C、D 两点在相机上成像于同一点 探测器上一点 Dc 对应于参考面上 C 点的相位 A、D 两点相位 A 、 D 相同，即 A = D ,根据 ACD EBD ~ : 0 ____ h L h AC d− =
