[發(fā)明專利]基于結(jié)構(gòu)光照明和單像素成像的邊界提取方法和系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710907056.9
• 申請(qǐng)日: 2017-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107909591B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁勝;向東;姚建斌;宋增才;夏振偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北水利水電大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/13
• 分類號(hào): G06T7/13;G06T7/168
• 代理公司: 鄭州中原專利事務(wù)所有限公司 41109
• 代理人: 王曉麗

1.一種基于結(jié)構(gòu)光照明和單像素成像的邊界提取系統(tǒng)，其特征在于：由依次排列的激光器、第一凸透鏡和第一分束鏡構(gòu)成，在第一分束鏡后面設(shè)置有兩個(gè)反射鏡，兩個(gè)反射鏡分別對(duì)應(yīng)一個(gè)空間光調(diào)制器，兩個(gè)空間光調(diào)制器出來(lái)的光匯聚于第二分束鏡，第二分束鏡的后面依次設(shè)置第二凸透鏡和單像素探測(cè)器，物體或圖像放置在第二分束鏡與第二凸透鏡之間，其中單像素探測(cè)器和空間光調(diào)制器分別與微處理器連接，通過(guò)微處理器對(duì)空間光調(diào)制器進(jìn)行控制,單像素探測(cè)器探測(cè)的光強(qiáng)輸入到微處理器；所述空間光調(diào)制器是液晶空間光調(diào)制器；利用光學(xué)干涉系統(tǒng)生成結(jié)構(gòu)光，對(duì)物體或圖像平面進(jìn)行照射；利用單像素探測(cè)器接收第二凸透鏡的光強(qiáng)，探測(cè)的光強(qiáng)信號(hào)輸入到微處理器，與生成結(jié)構(gòu)光光強(qiáng)的隨機(jī)模板進(jìn)行關(guān)聯(lián)運(yùn)算，獲得物體或圖像的邊界信息；所述光學(xué)干涉系統(tǒng)由依次排列的激光器、第一凸透鏡和第一分束鏡構(gòu)成，在第一分束鏡后面設(shè)置有兩個(gè)反射鏡，兩個(gè)反射鏡分別對(duì)應(yīng)一個(gè)空間光調(diào)制器，兩個(gè)空間光調(diào)制器出來(lái)的光匯聚于第二分束鏡，第二分束鏡的后面依次設(shè)置第二凸透鏡和單像素探測(cè)器，物體或圖像放置在第二透鏡和單像素探測(cè)器之間，單像素探測(cè)器和空間光調(diào)制器分別與微處理器連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于結(jié)構(gòu)光照明和單像素成像的邊界提取系統(tǒng)，其特征在于：所述光學(xué)干涉系統(tǒng)生成結(jié)構(gòu)光包括以下步驟：從兩個(gè)反射鏡出來(lái)的兩束相干光分別經(jīng)空間光調(diào)制器生成的相位板和調(diào)制后，進(jìn)行相干疊加，即

其中，I為具有水平或垂直梯度的結(jié)構(gòu)光光強(qiáng)，R為任意選取的隨機(jī)相位函數(shù)，*表示卷積運(yùn)算，h(ξ,η；l)為菲涅耳衍射的點(diǎn)脈沖函數(shù)，即

式中，(ξ,η)為空間域坐標(biāo)，l為相位板到物體或圖像平面的衍射距離，λ為入射光的波長(zhǎng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于結(jié)構(gòu)光照明和單像素成像的邊界提取系統(tǒng)，其特征在于：所述的相位板和是依據(jù)公式(1)計(jì)算獲取的，其計(jì)算方法在于

式中

和分別表示傅里葉變換和逆傅里葉變換，arg(·)表示取輻角，abs(·)表示取模運(yùn)算。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于結(jié)構(gòu)光照明和單像素成像的邊界提取系統(tǒng)，其特征在于：所述具有水平或垂直梯度的結(jié)構(gòu)光光強(qiáng)I，

其中，I_r為任意選取的隨機(jī)模板，其值均勻分布在0～1之間，和分別為I_r在其水平和垂直梯度方向上的結(jié)構(gòu)光光強(qiáng)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于結(jié)構(gòu)光照明和單像素成像的邊界提取系統(tǒng)，其特征在于：所述利用光學(xué)干涉系統(tǒng)生成結(jié)構(gòu)光，對(duì)物體或圖像平面進(jìn)行照射，利用單像素探測(cè)器接收第二凸透鏡的光強(qiáng)，是指具有水平或垂直梯度的結(jié)構(gòu)光光強(qiáng)和對(duì)物體或圖像T(x,y)進(jìn)行調(diào)制后，經(jīng)凸透鏡匯聚于單像素探測(cè)器，即

式中，T(x,y)為被探測(cè)物體或圖像，和分別為利用水平和垂直梯度的結(jié)構(gòu)光光強(qiáng)照射物體或圖像時(shí)單像素探測(cè)器接收的光強(qiáng)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于結(jié)構(gòu)光照明和單像素成像的邊界提取系統(tǒng)，其特征在于：所述單像素探測(cè)器探測(cè)的光強(qiáng)信號(hào)輸入到微處理器，與生成結(jié)構(gòu)光光強(qiáng)的隨機(jī)模板進(jìn)行關(guān)聯(lián)運(yùn)算，是指將單像素探測(cè)器探測(cè)的數(shù)據(jù)和和預(yù)先選定的隨機(jī)模板I_r進(jìn)行關(guān)聯(lián)運(yùn)算，即可獲得物體或圖像的邊界信息，即

式中，M為測(cè)量次數(shù)，·表示對(duì)所有探測(cè)量取平均值，和利用水平和垂直梯度的結(jié)構(gòu)光提取的物體或圖像的邊界信息；物體或圖像的邊界信息即為

|·|表示取絕對(duì)值。