本發明涉及計算機，特別是涉及一種三維掃描方法、一種三維掃描裝置、一種計算機設備和一種存儲介質。

背景技術：

1、隨著工業自動化、機器人、智能制造等傳統行業技術升級，以及人工智能、ar/vr、元宇宙、數字孿生等新興產業的快速發展，對于三維成像技術的需求也日益迫切。三維信息的感知與獲取，已成為阻礙諸多行業未來技術發展的瓶頸之一，如無人駕駛行業的激光雷達三維感知、人形機器人的三維視覺感知、動態場景的數字孿生等等。目前常用的三維視覺感知方法主要分兩大類，一種是以rgb-d相機為代表的消費級3d相機，其特點是價格低，精度和分辨率低，但成像速度快，可用于動態目標3d成像；第二類是工業3d成像傳感器，主要以線激光和編碼結構光技術路線為主，其特點是價格較高，成像精度和分辨率很高，但是成像速度較慢，無法用于動態場景和目標的實時三維成像。

2、未來的三維視覺成像發展方向主要是同時具備高精度、高分辨率、高速度的三高特點，這也是現有技術所不具備的，但是未來這種具有三高特點的三維成像方法勢必成為移動機器人、工業制造等必不可少的三維成像傳感器，可以助力機器人等相關執行部件實現外部動態環境的高精度感知，以及實現對于動態目標的高精度交互與操作，從而大大提升無人智能系統的感知與作業能力，因此具有重要的研究意義和應用前景。

3、上述技術分析可見，rgb-d主要是激光散斑和tof技術，已經成熟商業化，受制于技術原理，其成像精度很難達到毫米級，三維點云分辨率一般從幾萬到幾十萬，很難達到百萬級，因此只能用于低精度和分辨率要求的動態三維感知應用領域，如移動機器人的運動避障、體感交互等領域。而要實現上述三高特色的三維視覺感知，目前只有編碼結構光具備技術可行性，其唯一要解決的是速度問題，即條紋結構光的投射速度&三維點云實時處理速度。

4、目前的編碼結構光主要有2種技術路線，1)正弦編碼：主要以多頻相移為主，由于投影器件dmd投射正弦條紋，受制于器件本身工藝，投影灰度正弦條紋速度比較慢，一般120-240hz，所以無法實現高速的投射；2)二值編碼：主要以高頻二值位移條紋為主，充分利用了dmd輸出0-1二值條紋的高速度優勢，配合高速相機，可以實現很高的掃描速度，但其需要“格雷碼+高頻相移條紋“來實現，所需投影條紋數量最少為15張，一般為了提高魯棒性，需要投影18-30張，一定程度上限制了其充分發揮高速度的優勢，該方法在高分辨率、高精度方面與傳統正弦相比差別不大。

技術實現思路

1、鑒于上述問題，提出了本發明實施例以便提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的一種三維掃描方法、一種三維掃描裝置、一種計算機設備和一種存儲介質。

2、為了解決上述問題，本發明實施例公開了一種三維掃描方法，包括：

3、獲取需要投射的n張二值圖像，將所述n張二值圖像投射至待測目標；所述n張二值圖像包括i0-i17圖像；

4、其中，投射一張白色圖像，即rgb三個通道都是255灰度，所述投射圖案主要用于獲取白色光照下物體表面色彩信息，同時也作為n張編碼圖片中的i0圖像，獲得首張投射圖像rgb0；

5、采用了共軛投射策略，將i10-i13作為第一個通道，i14-i17作為第二個通道；此外，采用格雷碼中的四張低頻圖片i1、i2、i3、i4作為第三個通道，分別得到彩色條紋圖像rgb1、rgb2、rgb3、rgb4；

6、將i5-i6作為第一通道及第二通道，以及將i7作為第三通道，合成得到rgb5；獲取取反的共軛圖像i9’，將取反的共軛圖像i9’與i8-i9，合成得到rgb6；

7、獲得rgb0、rgb1、rgb2、rgb3、rgb4、rgb5、rgb6彩色圖像后，分離出18張rgb通道圖像，獲得包含i9’圖像的19張8位的灰度結構光條紋圖；

8、根據所述灰度結構光條紋圖建立所述待測目標的實時三維點云。

9、優選地，所述獲取需要投射的n張二值圖像，將所述n張二值圖像投射至待測目標包括：

10、將n張二值圖像分配到n/3個投影周期，每個周期包含rgb三個投影動作，需要投影n/3次投射至待測目標，獲得n/3張彩色結構光圖片。

11、優選地，所述方法包括：

12、采用帶通三色濾鏡，rgb三個帶通濾光片的中心波長，對應于dlp中rgb三色光源的中心波長。

13、優選地，所述方法包括：

14、額外增加一張取反的i9條紋的共軛圖像。

15、優選地，所述方法包括：

16、基于dlp3010光機，dlp投影幀率設定為500hz，采用130萬usb3.0工業相機，3d掃描速度提升至30hz。

17、本發明實施例還公開了一種三維掃描裝置，包括：

18、二值圖像獲取模塊，用于獲取需要投射的n張二值圖像，將所述n張二值圖像投射至待測目標；所述n張二值圖像包括i0-i17圖像；

19、第一投射模塊，用于投射一張白色圖像，即rgb三個通道都是255灰度，所述投射圖案主要用用于獲取白色光照下物體表面色彩信息，同時也作為n張編碼圖片中的i0圖像，獲得首張投射圖像rgb0；

20、第二射模塊，用于采用了共軛投射策略，將i10-i13作為第一個通道，i14-i17作為第二個通道；此外，采用格雷碼中的四張低頻圖片i1、i2、i3、i4作為第三個通道，分別得到彩色條紋圖像rgb1、rgb2、rgb3、rgb4；

21、第三投射模塊，用于將i5-i6作為第一通道及第二通道，以及將i7作為第三通道，合成得到rgb5；獲取取反的共軛圖像i9’，將取反的共軛圖像i9’與i8-i9，合成得到rgb6；

22、灰度結構光條紋圖獲取模塊，用于獲得rgb0、rgb1、rgb2、rgb3、rgb4、rgb5、rgb6彩色圖像后，分離出18張rgb通道圖像，獲得包含i9’圖像的19張8位的灰度結構光條紋圖；

23、三維點云建立模塊，用于根據所述灰度結構光條紋圖建立所述待測目標的實時三維點云。

24、優選地，所述二值圖像獲取模塊包括：

25、分配子模塊，用于將n張二值圖像分配到n/3個投影周期，每個周期包含rgb三個投影動作，需要投影n/3次投射至待測目標，獲得n/3張彩色結構光圖片。

26、優選地，所述裝置包括：

27、三色濾鏡模塊，用于采用帶通三色濾鏡，rgb三個帶通濾光片的中心波長，對應于dlp中rgb三色光源的中心波長。

28、本發明實施例還公開了一種計算機設備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，所述處理器執行所述計算機程序時實現上述的三維掃描方法的步驟。

29、本發明實施例還公開了一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執行時實現上述的三維掃描方法的步驟。

30、本發明實施例包括以下優點：

31、本發明實施例中，利用了dlp三色投影系統中rgb三通道順序投射的特性，將二值編碼圖案按照所提出的組合策略，分配到各個顏色通道中，采用彩色相機的通道，對應捕捉投射的rgb通道條紋圖案；采用所設計的帶通濾光片取代傳統拜爾濾鏡，消除了rgb通道串擾；實現了編碼圖案數量不變前提下，掃描速度提升接近三倍，同時可以實現彩色三維掃描；實現了高速的動態三維掃描，同時獲得高精度和高分辨率的實時三維點云，結合目前主流的dlp的投射特性，基于常規的投影和成像器件，實現了結構光3d掃描系統的大幅度提升。