[發(fā)明專利]一種激光散斑圖像的運動向量生成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210490235.4
• 申請日: 2012-11-27
• 公開（公告）號: CN103020988A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚慧敏;葛晨陽;葛瑞龍;李倩敏;朱鳴;王峰;李偉;陳磊
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06T7/20
• 分類號: G06T7/20
• 代理公司: 北京科億知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖像處理、自然交互技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種激光散斑圖像的運動向量生成方法。

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背景技術(shù)

自然和諧的人機交互方式是人類對操控機器的理想目標，使機器能讀懂人在自然狀態(tài)所傳遞的命令。利用圖像處理技術(shù)獲取深度信息進行三維圖像的實時識別及動作捕捉，使人能以表情、手勢、體感動作等自然方式與終端進行交互成為可能。通過高精度的圖像深度信息獲取也是機器視覺系統(tǒng)發(fā)展的技術(shù)難點之一。圖像深度信息獲取技術(shù)已逐步從游戲機外設(shè)拓展到其它智能終端，包括智能電視、智能手機、PC、平板電腦等，為用戶帶來“科幻”般的操控方式和全新的人機交互體驗，在游戲娛樂、消費電子、醫(yī)療、教育等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。

基于結(jié)構(gòu)光的主動視覺模式可以較為準確地獲取圖像的深度信息，該模式相比雙目立體攝像頭，具有獲取的深度圖信息更穩(wěn)定可靠、不受環(huán)境光影響、立體匹配過程簡單、算法計算量小等優(yōu)勢。如微軟的體感交互設(shè)備Kinect就是采用紅外結(jié)構(gòu)光的主動視覺模式，即通過紅外激光投射固定模式的圖像到物體表面，經(jīng)物體表面的漫反射形成散斑點，由圖像傳感器采集獲得散斑圖像，再通過圖像深度傳感器芯片計算獲得物體的深度信息。本發(fā)明針對基于結(jié)構(gòu)光的主動視覺模式，利用圖像傳感器所采集的輸入散斑圖（深度信息未知）與標準散斑圖（深度距離信息已知）進行比較，通過圖像塊的模式匹配獲得輸入散斑圖的運動向量信息，用于后續(xù)的深度圖計算?？梢哉f本發(fā)明內(nèi)容是快速、準確地獲取圖像深度信息的關(guān)鍵。

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發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種激光散斑圖像的運動向量生成方法，先對投射到目標物體上的輸入散斑圖（深度信息未知）進行圖像自適應(yīng)預處理，再以經(jīng)過相同圖像自適應(yīng)預處理的作為基準的標準散斑圖（深度距離信息已知）為參考，將輸入散斑圖按一定大小的圖像塊進行塊匹配運動估計，即以一定的搜索策略和相似度測量指標尋找圖像塊在標準散斑圖中對應(yīng)位置為中心的搜索窗內(nèi)尋找最優(yōu)匹配塊，獲得該圖像塊與匹配塊之間的偏移量，即為該圖像塊的運動向量。該運動向量可由X、Y軸方向的位移量（????????????????????????????????????????????????，）表示，起點為標準散斑圖中的圖像塊，終點為輸入散斑圖的圖像塊，其精度可達到子像素級。

根據(jù)本發(fā)明的一種激光散斑圖像的運動向量生成方法，其實現(xiàn)步驟包括：

步驟一、標準散斑圖像和輸入散斑圖像的獲取，其中，將固定散斑圖案投射到與散斑投射裝置的中心軸垂直、且距離所述投射裝置標準距離的平面上，捕捉所述平面上的標準散斑圖像；捕捉投射到目標物體區(qū)域而得到的輸入散斑圖像；

步驟二、散斑圖的圖像自適應(yīng)預處理，其中，標準散斑圖像和輸入散斑圖像經(jīng)同樣方式的圖像自適應(yīng)預處理后，生成預處理后的標準散斑圖像和輸入散斑圖像；

步驟三、輸入散斑圖像和標準散斑圖像之間的塊匹配運動估計，其中，結(jié)合所述預處理后的標準散斑圖像和輸入散斑圖像，以塊匹配運動估計算法獲取輸入散斑圖像各個區(qū)域上的運動向量。

采用本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果將通過以下實施例的闡述而得到具體的體現(xiàn)。

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附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的整體流程框圖；

圖2是本發(fā)明實施例的圖像自適應(yīng)預處理的流程框圖；

圖3是本發(fā)明實施例的塊匹配運動估計示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例的子像素運動估計示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行進一步的詳細說明。

圖1示意性圖示了本發(fā)明實施例激光散斑圖像運動向量生成的整體流程圖。為了清楚說明，下文中將結(jié)合圖2和圖3來描述該方法。

在生成激光散斑圖像的運動向量時，首先進行步驟一，獲取標準散斑圖和輸入散斑圖，其中，將固定散斑圖案投射到與散斑投射裝置的中心軸垂直、且距離所述投射裝置標準距離的平面上，捕捉所述平面上的標準散斑圖像；捕捉投射到目標物體區(qū)域而得到的輸入散斑圖像。

捕捉散斑圖像的系統(tǒng)主要有散斑投射裝置和圖像傳感器。散斑投射裝置可以是相干光源和圖案生成器，相干光通過圖案生成器投影到物體上形成散斑圖案。散斑投射裝置和圖像傳感器到物體具有基本相等的距離。該系統(tǒng)掃過的空間是光源光路傳播的視角和圖像傳感器針對的視角所交叉形成的空間，從而使距圖案生成器的距離大于Rayleign距離的物體能夠成像。