[發(fā)明專利]一種用于復(fù)雜表面編碼光測量的容錯編解碼方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410147161.3
• 申請日: 2014-04-14
• 公開（公告）號: CN104075669B
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳海濱;于曉洋;于雙;王北一;孟曉亮;孫曉明
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

（一）技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及編碼光三維測量領(lǐng)域，尤其涉及該領(lǐng)域中的編解碼方法及其抗復(fù)雜表面干擾能力。

（二）背景技術(shù)

視覺測量領(lǐng)域的編碼光三維測量方法具有測量準確度和測量效率(速度)的綜合優(yōu)勢，該方法利用投射器向被測表面投射編碼光，利用攝像機拍攝相應(yīng)圖像，結(jié)合圖像信息和系統(tǒng)參數(shù)，計算出被測表面的點云數(shù)據(jù)。其中，編碼光的作用是劃分測量空間。

相對于簡單表面，復(fù)雜表面的顏色多、反射率高、幾何斜率大。在編碼光測量過程中，復(fù)雜表面對編碼光產(chǎn)生干擾，因而拍攝的圖像信息存在誤差，進而導(dǎo)致了測量粗大誤差。因此，抗復(fù)雜表面干擾能力強的容錯編解碼方法有利于實現(xiàn)高準確度的三維測量。

編解碼方法主要包括空間編解碼法和時間編解碼法，其中后者抗干擾能力強。

時間編解碼法中，抗干擾能力強的典型方法有二進制碼、多進制碼、格雷碼、RGB碼等，其中格雷碼僅利用“黑”、“白”兩色編解碼，同時具有限定碼值誤差“僅為1”的特點，因此格雷碼的抗干擾能力最強。但格雷碼僅能將測量空間劃分為若干區(qū)域，每個區(qū)域?qū)?yīng)一個碼值，因此分辨率較低。

時間編解碼法中，分辨率高的典型方法有相移法、強度比法、顏色比法等，理論上可實現(xiàn)測量空間的連續(xù)劃分，即測量空間中的每個被側(cè)點對應(yīng)一個相位，其中相移法抗干擾能力相對較強。

綜上兩點，首先利用格雷碼將測量空間劃分為若干區(qū)域，然后在每個區(qū)域內(nèi)利用相移法進行連續(xù)劃分。這樣，既避免了格雷碼跨度過大導(dǎo)致的抗干擾能力弱，又實現(xiàn)了測量空間的連續(xù)劃分。這種編解碼方法相對適用于復(fù)雜表面的編碼光測量。

目前，格雷碼與相移法結(jié)合實現(xiàn)三維測量，特點是格雷碼周期長度和相移周期長度相等，且格雷碼周期邊緣與相移周期邊緣一一對齊。這種編解碼方法的不足之處在于，復(fù)雜表面的圖像信息提取誤差(灰度、顏色的判斷誤差)可能會導(dǎo)致格雷碼值錯誤和相移相位錯誤(在周期邊緣附近尤為明顯)，從而產(chǎn)生測量粗大誤差，因此這種編解碼方法的抗復(fù)雜表面干擾能力仍然需要提高。為了提高抗復(fù)雜表面干擾能力，國內(nèi)外研究者提出了一些周期邊緣處的格雷碼值和相移相位判別與修正規(guī)則，對于某些粗大誤差點具有一定效果，但未能利用編解碼方法消除粗大誤差點，提高抗復(fù)雜表面干擾能力，這是本發(fā)明致力解決的問題。

（三）發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服格雷碼與相移結(jié)合三維測量過程中，由復(fù)雜表面干擾導(dǎo)致的圖像信息提取誤差，從而導(dǎo)致測量粗大誤差的不足，提供一種能夠抗復(fù)雜表面干擾的容錯編解碼方法。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

步驟一：

編碼時，設(shè)定相移周期長度lp為格雷碼周期長度lg的2倍，即 lp=2?lg；設(shè)定相移起始點Op相對于格雷碼起始點Og滯后0.5?lg。如圖1所示為部分編碼，圖中橫軸M為被測點的編碼空間位置，反映被測點在測量空間中的位置；縱軸表示相移相位 、格雷碼值k_g(k_g=0, 1, 2, 3……n)； Op為編碼空間的起始點；圖中粗實線表示格雷碼，粗虛線表示相移相位。

步驟二：

解碼時，被測點的相移周期序數(shù)k_p(k_p=0, 1, 2, 3……n)根據(jù)被測點的格雷碼值和相移相位由式(1)求得，式中j為格雷碼圖像總數(shù)；Gi表示第i幅格雷碼圖像中被測點的灰度值；I1、I2、I3、I4表示各幅(共4幅)相移圖像中被測點的灰度值。式中[ ]表示取整運算；( )2表示二進制轉(zhuǎn)換；( )10表示十進制轉(zhuǎn)換。式中，，。

(1)

被測點的編碼空間位置M由式(2)求得

(2) 。

本發(fā)明的有益效果有：

避免了由于復(fù)雜表面干擾導(dǎo)致的圖像信息提取誤差，即避免了格雷碼值錯誤和相移相位錯誤導(dǎo)致的被測點編碼空間位置錯誤，從而避免了測量粗大誤差、提高了編碼光三維測量的抗復(fù)雜表面干擾能力。

（四）附圖說明

圖1為本發(fā)明的編碼原理圖。

圖2為格雷碼與相移的周期長度/位置關(guān)系分析圖。

圖3為抗干擾能力分析圖。

（五）具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步的說明：

1. 編碼依據(jù)