[發明專利]一種De Bruijn彩色結構光編碼圖像的中心彩色條紋的顏色聚類化方法

無效

• 申請號: 201110080913.5
• 申請日: 2011-04-01
• 公開（公告）號: CN102184555A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 韓成;楊華民;李明勛;姜會林;范靜濤;丁瑩
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G06T7/40
• 分類號: G06T7/40;G03B29/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種De?Bruijn彩色結構光編碼圖像的中心彩色條紋的顏色聚類化方法，其特征在于，該方法所需設備和實現步驟如下：

所需設備：所需設備包括投影機(1)，投影屏幕(2)，攝像機(3)，計算機(4)，待測物體(5)；其中投影機(1)和攝像機(3)都通過電纜與計算機(4)連接；

實現步驟：

步驟1、在計算機(4)中，利用具有隨機特性與確定性的De?Bruijn偽隨機序列，產生一幅7元3級De?Bruijn序列彩色結構光編碼圖像，該圖像背景顏色為黑色，其RGB值為(0，0，0)，每條彩色條紋的寬度為一個像素，任意兩條相鄰彩色條紋顏色都不相同并且間隔3個像素，7種顏色分別用a₁，a₂，a₃，a₄，a₅，a₆，a₇表示，其中顏色a_x的RGB值分別用r_x，g_x，b_x表示，x＝1，2，...，7；顏色a₁的RGB值為(0，0，1)，顏色a₂的RGB值為(0，1，0)，顏色a₃的RGB值為(0，1，1)，顏色a₄的RGB值為(1，0，0)，顏色a₅的RGB值為(1，0，1)，顏色a₆的RGB值為(1，1，0)，顏色a₇的RGB值為(1，1，1)；

步驟2、計算機(4)通過投影機(1)將步驟1中產生的De?Bruijn序列彩色結構光編碼圖像經過待測物體(5)調制后投影到投影屏幕(2)上，生成調制后的投影圖像；

步驟3、計算機(4)通過攝像機(3)拍攝步驟2生成的調制后的投影圖像，得到彩色結構光編碼圖片；

步驟4、計算機(4)采用傳統的canny算法提取步驟3得到的彩色結構光編碼圖片中每條彩色條紋的上邊界和下邊界，再計算每條彩色條紋的上邊界和下邊界的中間位置，得到每條彩色條紋的中心彩色條紋；設共得到m條中心彩色條紋，每條中心彩色條紋有n個像素點；在m行上依次排列每條中心彩色條紋的n個像素點的RGB值，得到由這些像素點的RGB值構成的m×n階矩陣Z；矩陣Z的第i行第j列元素為Z(i，j)＝(R(i，j)，G(i，j)，B(i，j))，其中R(i，j)、G(i，j)、B(i，j)為第i條中心彩色條紋的第j個像素點的RGB值，i＝1，2，...，m，j＝1，2，...，n；記Z(i，j，k)表示Z(i，j)的第k個元素，k＝1，2，3；

步驟5、根據公式Z(i，j)＝Z(i，j)/255，對矩陣Z中的每個元素進行歸一化，i＝1，2，...，m，j＝1，2，...，n；設M_q表示所有中心彩色條紋中屬于第q種顏色的像素點的個數，設M_q＝0，q＝1，2，...，7；

步驟6、設點O在RGB顏色空間中的坐標為(0，0，0)，用O(k)表示O的第k個元素，k＝1，2，3；構造7×3矩陣class，其第k行元素依次為r_k，g_k，b_k，其中k＝1，2，...，7；并用class(i，j)表示矩陣class的第i行第j列元素，i＝1，2，...，7；j＝1，2，3；根據公式

class(i，j)＝class(i，j)/(class(i，1)²+class(i，2)²+class(i，3)²)^1/2對矩陣class的每一行上的元素進行單位化；

步驟7、設N_q＝0，q＝1，2，...，7；構造矩陣D，其中D(i，j，s)表示Z(i，j)到由點O和矩陣class第s行向量所表示的點所構成的直線的距離，所述距離的定義如下：

D(i,j,s)=Σk=13(Z(i,j,k)-O(k))2-[Σk=13(class(s,k)×(Z(i,j,k)-O(k)))]2]]>

其中i＝1，2，...，m；j＝1，2，...，n；s＝1，2，...，7；

步驟8、對固定i，j的Z(i，j)，設D(i，j，q)是{(D(i，j，1)，D(i，j，2)，D(i，j，3)，D(i，j，4)，D(i，j，5)，D(i，j，6)，D(i，j，7)}中的最小值且q值最小，N_q＝N_q+1；如果D(i，j，q)＝0，那么D(i，j，q)＝0.001；構造矩陣minI_q，其中minI_q(h，y)為矩陣minI_q的第h行第y列元素，y＝1，2，3，minI_q(N_q，1)＝Z(i，j，l)，minI_q(N_q，2)＝Z(i，j，2)，minI_q(N_q，3)＝Z(i，j，3)；構造向量minD_q，其中minD_q(i)表示向量minD_q的第i個元素，minD_q(N_q)＝D(i，j，q)；

對i＝1，2，...，m，j＝1，2，...，n，重復步驟8中的上述過程；設共構造了t個向量minD_q；如果對于每一個q＝1，2，...，7都有N_q＝M_q，那么一種De?Bruijn彩色結構光編碼圖像的中心彩色條紋的顏色聚類化方法結束，否則繼續執行步驟9；

步驟9、對q＝1，2，...，7，若已得到minD_q，則根據下列公式構造矩陣E_q，其中E_q(i，j)為矩陣E_q第i行第j列元素，

Eq(1,1)=Σi=1Nq((minIq(i,1)-O(1))2/minDq(i))]]>

Eq(1,2)=Eq(2,1)=Σi=1Nq((minIq(i,1)-O(1))×((minIq(i,2)-O(2))/minDq(i))]]>

Eq(1,3)=Eq(3,1)=Σi=1Nq((minIq(i,1)-O(1))×((minIq(i,3)-O(3))/minDq(i))]]>

Eq(2,2)=Σi=1Nq((minIq(i,2)-O(2))2/minDq(i))]]>

Eq(2,3)=Eq(3,2)=Σi=1Nq((minIq(i,2)-O(2))×((minIq(i,3)-O(3))/minDq(i))]]>

Eq(3,3)=Σi=1Nq((minIq(i,3)-O(3))2/minDq(i))]]>

計算矩陣E_q的特征值，設λq₁，λq₂，λq₃為矩陣E_q的三個特征值，取一個最大的特征值，并計算該特征值所對應的單位特征向量，用P_q表示；將矩陣class的第q行向量修改為P_q；

步驟10、根據下列公式構造矩陣對稱A，其中A(i，j)為矩陣A第i行，第j列元素，

A(1,1)=Σq=1t(Nq×(class(q,2)2+class(q,3)2))]]>

A(1,2)=A(2,1)=-Σq=1t(Nq×class(q,1)×class(q,2))]]>

A(1,3)=A(3,1)=-Σq=1t(Nq×class(q,1)×class(q,3))]]>

A(2,2)=Σq=1t(Nq×(class(q,3)2+class(q,1)2))]]>

A(2,3)=A(3,2)=-Σq=1t(Nq×class(q,2)×class(q,3))]]>

A(3,3)=Σq=1t(Nq×(class(q,1)2+class(q,2)2))]]>

構造向量B，其中B(i)為向量B第i個元素，根據下列公式構造矩陣B，

B(1)=Σq=1tΣi=1NqminIq(i,1)×(class(q,2)2+class(q,3)2)-]]>

minIq(i,2)×class(q,1)×class(q,2)-minIq(i,3)×class(q,1)×class(q,3)]]>

B(2)=Σq=1tΣi=1NqminIq(i,2)×(class(q,1)2+class(q,3)2)-]]>

minIq(i,1)×class(q,2)×class(q,1)-minIq(i,3)×class(q,2)×class(q,3)]]>

B(3)=Σq=1tΣi=1NqminIq(i,3)×(class(q,1)2+class(q,2)2)-]]>

minIq(i,1)×class(q,1)×class(q,3)-minIq(i,2)×class(q,2)×class(q,3)]]>

根據公式O＝A^-1B修改點O在RGB顏色空間的坐標，M_q＝N_q，q＝1，2，...，7；轉而執行步驟7；

通過以上步驟實現了彩色結構光編碼圖片的每一條中心彩色條紋上的每一個像素點的顏色進行聚類化。