[發明專利]基于時域空域混合編碼的結構光條紋投射方法

有效

• 申請號: 201610959767.6
• 申請日: 2016-10-27
• 公開（公告）號: CN106643562B
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 孫長庫;陸鵬;王鵬
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

1.一種基于時域空域混合編碼的結構光條紋投射方法，其特征是，包括編碼投影步驟、條紋檢測步驟；編碼投影步驟包括時域編碼、空域編碼，時域編碼具體是，采用十進制來表述在時域上的編碼方式，單個周期的投影條紋隨著時間變化有001,010,011,100,101,110六種編碼情況，在這里，001代表投影儀投射的第一幅圖像和第二幅圖像的條紋編碼值是0，而對應的第三幅圖像的編碼值是1，其中0對應著相應圖像中的暗條紋，1對應著相應圖像中的亮條紋，將每個周期條紋的灰度分布設計為正弦式分布，如條紋編碼為1，則投射出的條紋灰度按正弦波的上半部分規律分布，反之，則按正弦波的下半部分規律分布，其具體約束如下式：

其中，(u_i,v_i)為圖像坐標，w為每個條紋的周期寬度，(1)中上式為條紋編碼值為1的條紋灰度分布規律，下式則為條紋編碼值為0的條紋灰度分布規律；

空域編碼具體步驟是，利用相鄰幾個周期的條紋的編碼值在空域進行編碼，對于第一個周期的條紋，共有6種編碼值的選擇方式，而其相鄰周期的條紋編碼值共有5種選擇，第三個周期的條紋編碼值也有5種選擇，以此類推；設n為空域上每組編碼子序列需要的連續條紋周期數目，可知可能的子序列的數量共有

m＝6×5^n-1 (2)

也就是存在m種編碼值，在空域編碼時每相鄰四個周期的條紋組成一個編碼子序列，對應一個編碼值p，以保證每個周期的條紋對應一個單獨的編碼值；

獲得滿足要求的編碼序列首先需要利用窮舉法列出所有編碼子序列的可能性，然后利用歐拉環形算法將各個序列連接起來，假設子序列的長度為n，則需要滿足前一子序列的后n-1位與后一子序列的前n-1的時域編碼值相同，這樣的一種完整的序列滿足系統要求用來進行測量；

條紋檢測步驟具體是，首先，對攝像機拍攝得到的三幅條紋投射圖像進行均值濾波去除高斯噪聲，對經過濾波的圖像進行二值化處理獲得每個周期的條紋在對應圖像中的編碼值，最后參照編碼方法，利用獲得的二值圖像解碼，從而獲得各個周期條紋對應的編碼值p以及條紋中心的坐標(u,v)。

2.如權利要求1所述的基于時域空域混合編碼的結構光條紋投射方法，其特征是，圖像二值化方法如下：

(1)遍歷采集到的三幅圖像，將圖像對應像素的灰度值進行大小排序，從小到大依次是G₁,G₂,G₃；

(2)計算各像素點的對比度

設定一個閾值，當對比度小于這個閾值時，認為這個像素點處在低對比度區域，將三幅圖像對應點的二值化結果都設為0；

(3)當對比度大于閾值contrast時，認為這個像素點處在高對比度區域，能夠進行下一步處理，對于高對比度區域，設定

M₁＝G₂-G₁，M₂＝G₃-G₂ (4)

對二者求商，

M₂/M₁＝(G₃-G₂)/(G₂-G₁) (5)

若M₂/M₁>1，則令G₃對應圖像的二值化結果為255，對應的編碼值為1，G₁和G₂對應圖像的二值化結果和編碼值均為0，反之，令G₁對應圖像的二值化結果和編碼值為0，G₂和G₃對應圖像的二值化結果為255，編碼值為1。

3.如權利要求1所述的基于時域空域混合編碼的結構光條紋投射方法，其特征是，圖像完成二值化后，需識別每組條紋中心以及完成解碼過程，具體過程如下：

(1)獲取編碼圖像，在時域上獲取每個周期內條紋在時域上的編碼值q；

(2)對圖像的每一行從左到右進行遍歷，若圖像像素點的編碼值q＝0，則不處理此點；若不為0，則檢查下一個像素點的編碼值是否和此點相同；

(3)若編碼值相同，則返回步驟(2)，若不同，則計算之前具有相同編碼點的數量，設定一閾值，若編碼點數小于此閾值，則認為這些像素點是由于雜散光影響造成的噪聲點，不進行處理；

(4)若編碼點數大于此閾值，則利用灰度重心法求經中值濾波后的亮條紋中心點坐標作為此周期條紋的坐標，進行空域解碼后對應的灰度條紋的編碼值作為此周期內條紋的編碼值；

在獲取了每個條紋中心的亞像素精度坐標(u,v)以及對應的編碼值p后，利用(u,v,p)和對應的世界坐標(x_w,y_w,z_w)建立圖像坐標系和世界坐標系之間的對應關系。