度圖模塊326。 條紋圖案模塊314生成具有遞增相移的正弦條紋圖案的序列。輔助圖案模塊316生成將被 嵌入條紋圖案的輔助圖案。嵌入圖案模塊318將輔助圖案嵌入條紋圖案。包裹相位圖模塊 320基于三個(gè)捕捉到的圖像來(lái)生成包裹相位圖。空間相位展開模塊322從包裹相位圖中產(chǎn) 生空間展開的相位圖。
[0035] 相位恢復(fù)模塊324確定絕對(duì)相位圖。相位恢復(fù)模塊324包括連續(xù)區(qū)域檢測(cè)模塊 328、期差投票模塊330和絕對(duì)相位圖模塊332。
[0036] 連續(xù)區(qū)域檢測(cè)模塊328基于分隔對(duì)象或不連續(xù)的表面變化所導(dǎo)致的不連續(xù)性來(lái) 從包裹相位圖中生成連續(xù)區(qū)域圖。期差投票模塊330執(zhí)行投票過(guò)程以確定每一連續(xù)區(qū)域的 期差（即，區(qū)域性期差）。絕對(duì)相位圖模塊332使用區(qū)域性期差值來(lái)恢復(fù)絕對(duì)相位圖。 [0037] 深度圖模塊326使用絕對(duì)相位圖來(lái)產(chǎn)生表示捕捉到的場(chǎng)景的3D形狀的深度圖。
[0038] 雖然在圖3中被示為存儲(chǔ)在計(jì)算設(shè)備102的存儲(chǔ)器306中，但相移輪廓測(cè)量應(yīng)用 310或其各部分可以使用可由計(jì)算設(shè)備102訪問(wèn)的任何形式的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。此 外，在替換實(shí)現(xiàn)中，操作系統(tǒng)308的一個(gè)或多個(gè)組件、相移輪廓測(cè)量應(yīng)用310和其他應(yīng)用312 可作為集成電路的一部分來(lái)實(shí)現(xiàn)，該集成電路是計(jì)算設(shè)備102的一部分或可由計(jì)算設(shè)備 102來(lái)訪問(wèn)。
[0039] 計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括至少兩種類型的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，即計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)和通信 介質(zhì)。
[0040] 計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)包括以用于存儲(chǔ)如計(jì)算機(jī)可讀指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序模塊或其他 數(shù)據(jù)等信息的任何方法或技術(shù)實(shí)現(xiàn)的易失性和非易失性、可移動(dòng)和不可移動(dòng)介質(zhì)。計(jì)算機(jī) 存儲(chǔ)介質(zhì)包括但不限于，RAM、ROM、EEPR0M、閃存或其他存儲(chǔ)器技術(shù)、CD-ROM、數(shù)字多功能盤 (DVD)或其他光存儲(chǔ)、磁帶盒、磁帶、磁盤存儲(chǔ)或其他磁存儲(chǔ)設(shè)備，或者可用于存儲(chǔ)信息以供 計(jì)算設(shè)備訪問(wèn)的任何其他非傳輸介質(zhì)。
[0041] 相反，通信介質(zhì)可在諸如載波之類的已調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)或其他傳輸機(jī)制中體現(xiàn)計(jì)算 機(jī)可讀指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序模塊或其他數(shù)據(jù)。如本文所定義的，計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)不包括通 信介質(zhì)。
[0042] 二步相移
[0043] 圖4示出了具有遞增相移的三個(gè)正弦條紋圖案的序列402。在使用水平條紋的三 步相移輪廓測(cè)量（PSP)中，第k個(gè)（k= 1，2,3)條紋圖案被描述為
[0044]
[0045] 其中C、A、N和Η是分別表示投影圖案的DC偏移量、振幅、周期數(shù)和垂直分辨率的 常量。為了執(zhí)行三步PSP，使用投影儀104來(lái)投影條紋圖案的序列402,并且然后使用相機(jī) 106來(lái)捕捉圖像序列。
[0046] 對(duì)應(yīng)的捕捉到的圖像被描述為
[0047]
[0048]其中Ic(x'，y'）=α(X'，y'）[C+β(X'，y'）]且IA(x'，y' ）=α(X'， 太）A。（x'，y')表示相機(jī)坐標(biāo)以便與表示投影儀坐標(biāo)的（x，y)區(qū)分開來(lái)，并且a(x'，y')和β(χ'，y')分別表示反照率（albedo)和環(huán)境光照。
[0049] 等式（2)中存在三個(gè)未知數(shù)，即DC偏移量IC(W，太）、振幅IA(W，太）和相 位φ(Χ'，y')。因此，至少需要三個(gè)圖像來(lái)將相位求解為：
[0050]
[0051] 然而，以上相位范圍僅僅從0到2π，這將導(dǎo)致相位圖中的2π不連續(xù)。因此，使用 相位展開來(lái)將包裹相位轉(zhuǎn)換成絕對(duì)相位：
[0052] φ3(χ'，y' ）=φ(x'，y' ）+d(x'，y' ）X2π(4)
[0053]其中期差dV，太）是[0，N_ 1]內(nèi)的一個(gè)整數(shù)。一旦獲取絕對(duì)相位，就可通過(guò) 投影儀和相機(jī)之間的三角剖分來(lái)計(jì)算每一場(chǎng)景點(diǎn)處的深度。
[0054] 輔助圖案生成
[0055] 如上所討論的，相位測(cè)量的準(zhǔn)確性取決于三個(gè)條件。第一，相位計(jì)算獨(dú)立于所嵌入 的信號(hào)；第二，條紋振幅不為容納所嵌入的信號(hào)而減少，由此保持PSP的信噪比（SNR);以及 第三，高頻條紋可被用來(lái)實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確性測(cè)量。此外，如上所討論的，為了滿足第一個(gè)條件，所 嵌入的信號(hào)在三個(gè)圖像中的每一個(gè)中應(yīng)該是相同的，這排除了在時(shí)域內(nèi)編碼的可能性；第 二個(gè)條件顯著地限制留給空間編碼的空間；并且如第三個(gè)條件所指示的，如果條紋頻率為 高，則基于每一周期內(nèi)的像素強(qiáng)度的差異來(lái)標(biāo)識(shí)條紋次序是不可靠的。
[0056] 雖然條紋可嵌有其他輔助圖案以使得滿足上述三個(gè)條件，但在一示例實(shí)現(xiàn)中，生 成模擬斑點(diǎn)圖案作為輔助圖案。
[0057] 斑點(diǎn)被廣泛地用于各種數(shù)字圖像相關(guān)（DIC)技術(shù)，應(yīng)用的范圍從宏觀機(jī)械測(cè)試到 表面輪廓測(cè)量。最初，斑點(diǎn)指的是相干輻射所導(dǎo)致的干擾圖案。然而，對(duì)于DIC技術(shù)，經(jīng)常 通過(guò)在黑色背景上隨機(jī)散布白點(diǎn)來(lái)模擬人工斑點(diǎn)。
[0058]圖5示出了示例模擬斑點(diǎn)圖案116。在一示例實(shí)現(xiàn)中，根據(jù)被設(shè)計(jì)成確保投影的圖 案和捕捉到的圖像兩者中的斑點(diǎn)的可辨識(shí)性的規(guī)則來(lái)生成2D二元斑點(diǎn)圖案。在一示例實(shí) 現(xiàn)中，規(guī)則管控斑點(diǎn)大小和斑點(diǎn)密度。例如，斑點(diǎn)大小被定義成每一白點(diǎn)具有KXK像素的 規(guī)則大小，其中K由正在使用的投影儀和相機(jī)的分辨率來(lái)確定。斑點(diǎn)密度被定義成在斑點(diǎn) 圖案中的每一個(gè)3ΚX3Κ區(qū)域（即3χ3個(gè)點(diǎn)）中一個(gè)點(diǎn)是白的。
[0059] 當(dāng)圖案在空間中形變時(shí)，斑點(diǎn)的可辨識(shí)性由片級(jí)自相似性來(lái)測(cè)量。用于測(cè)量自相 似性的常用準(zhǔn)則是歸一化互相關(guān)（NCC)，以使得給定斑點(diǎn)圖案中各自具有相同大小的兩個(gè) 片f和g，f和g之間的NCC被計(jì)算為：
[0060]
[0061] 其中/和f表示這兩個(gè)片中的平均強(qiáng)度。NCC計(jì)算對(duì)于像素強(qiáng)度變化是不變的，像 素強(qiáng)度變化可由圖像捕捉期間的不同種類的降級(jí)（包括但不限于重采樣、衰減、散焦和噪 聲）導(dǎo)致。
[0062]圖6示出了在參考平面捕捉到的斑點(diǎn)圖像的NCC統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。例如，圖6可表示在 場(chǎng)景110為空的情況下斑點(diǎn)圖案116被投影到參考平面（例如，墻）108時(shí)由相機(jī)106捕捉 到的圖像的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。圖6所示的示例統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相對(duì)于圖像中的逐個(gè)像素垂直移位按照每 一個(gè)5x5片來(lái)計(jì)算。如圖6所示，在NCC均值曲線中的零移位處存在明顯的波峰，這表明 即使在捕捉到的圖像中，模擬斑點(diǎn)圖案116也是高度可辨識(shí)的。
[0063] 具有嵌入式輔助圖案生成的條紋
[0064]如可以從等式（2)和（3)中觀察到，Ic(x'，y')將在相位計(jì)算期間被消除。該 特性指示條紋的DC偏移量不必是恒定的。因此，在不改變相位計(jì)算的情況下將2D信號(hào)嵌入 條紋是可能的。然而，為了讓等式（3)成立，在三步PSP中，所嵌入的信號(hào)必須在三個(gè)圖像 中的每一中相同。這個(gè)限制帶來(lái)兩個(gè)挑戰(zhàn)。第一，如上所討論的，時(shí)域內(nèi)的編碼不被允許， 但如果保持條紋振幅，則留給空間編碼的空間非常有限。第二，隨著條紋頻率的提高，基于 每一周期內(nèi)的像素強(qiáng)度的差異來(lái)標(biāo)識(shí)條紋次序?qū)?huì)是不可靠的。
[0065] 為了克服這些挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)三個(gè)嵌入斑點(diǎn)的條紋，其中斑點(diǎn)的隨機(jī)分布，而不是像素 強(qiáng)度消除相位模糊。嵌入斑點(diǎn)的條紋圖案被用于三步PSP，并且可被寫為：
[0066]Pk(x，y) =B(x，y)Z(x，y)+Fk(k，y)，k= 1，2,3 (6)
[0067] 其中Z(x，y)e{〇, 1)描述根據(jù)上述斑點(diǎn)圖案的斑點(diǎn)分布，且B(x，y)控制斑點(diǎn)強(qiáng) 度。如上所述，因?yàn)樗度氲陌唿c(diǎn)信號(hào)在三個(gè)嵌入斑點(diǎn)的條紋圖案中的每一個(gè)中是相同的， 所以相位計(jì)算保持不變。
[0068] 在一示例實(shí)現(xiàn)中，圖案以L位灰度級(jí)投影，且DC偏移量和條紋振幅被設(shè)為C=A =^ \以最大化PSP的信噪比（SNR)。為了在保持條紋振幅的同時(shí)利用剩余強(qiáng)度，一種可 能的解決方案將B(X，y)賦值為：
[0069]B(x，y) = 2L_max{Fk(x，y)} (7)
[0070] 然而，當(dāng)max{Fk (x，y)}等于或非常接近2咐，可被嵌入的斑點(diǎn)信號(hào)的量被顯著減 少。因