[發(fā)明專利]一種基于灰度矩的面結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)亞像素精度解碼方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811398546.1
• 申請(qǐng)日: 2018-11-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109685817A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉山;李棟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/13
• 分類號(hào): G06T7/13;G06T7/62;G06T7/66;G01B11/25
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于灰度矩的面結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)亞像素精度解碼方法，首先采用條紋編碼方法設(shè)計(jì)面結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)的投影圖案，將投影圖案投射到被測(cè)物體表面后，用照相機(jī)拍攝得到被物體編碼的圖像，然后對(duì)編碼圖像進(jìn)行Canny算子邊緣檢測(cè)，得到編碼圖像的像素級(jí)邊緣，最后針對(duì)像素級(jí)邊緣點(diǎn)，采用灰度矩方法進(jìn)行亞像素邊緣的提取，從而解碼得到亞像素精度結(jié)果。本方法突破了由投影儀和照相機(jī)的物理精度帶來(lái)的限制，通過(guò)軟件的方法提高了結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度，大幅度降低了高精度測(cè)量的硬件成本，可應(yīng)用于高精度三維測(cè)量場(chǎng)景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三維物體測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種基于灰度矩的面結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)亞像素精度解碼方法。

背景技術(shù)

面結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量技術(shù)是一種主動(dòng)投影的測(cè)量技術(shù)，它采用投影儀向被測(cè)物體投影帶有編碼信息的結(jié)構(gòu)光圖案，并通過(guò)攝像機(jī)拍攝經(jīng)被測(cè)物體影響而產(chǎn)生改變的結(jié)構(gòu)光圖像，以此圖像來(lái)計(jì)算出實(shí)際被測(cè)物體的三維測(cè)量信息。面結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量技術(shù)具有測(cè)量精度高，抗干擾能力強(qiáng)，采集三維信息完整等特點(diǎn)，具有很強(qiáng)的開(kāi)發(fā)前景和應(yīng)用價(jià)值。

面結(jié)構(gòu)光測(cè)量技術(shù)適用于有高精度檢測(cè)需求的場(chǎng)景，但是高精度測(cè)量對(duì)硬件要求較高，通常要求投影儀和照相機(jī)都具有非常高的分辨率，從而才能達(dá)到高精度測(cè)量的要求。如此，高精度測(cè)量的硬件投入成本巨大，不具有經(jīng)濟(jì)性。

條紋編碼方法編碼的面結(jié)構(gòu)光投影圖案通常為多種灰度條紋相間的圖案，因此由照相機(jī)拍攝得到的圖像中有許多直線邊緣特征，面結(jié)構(gòu)光解碼操作的主要任務(wù)就是準(zhǔn)確識(shí)別出這些邊緣點(diǎn)的位置，以獲得每個(gè)像素點(diǎn)的編碼信息，從而解算出被測(cè)物體的高度。根據(jù)圖像中總是直線邊緣的特點(diǎn)，將灰度矩方法引入面結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)的解碼流程，以此可以獲得亞像素邊緣，也就意味著獲得了亞像素解碼精度，即通過(guò)軟件的方法提高了結(jié)構(gòu)光的測(cè)量精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了在提高檢測(cè)精度的同時(shí)，降低硬件成本，對(duì)面結(jié)構(gòu)光解碼方法進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)引入灰度矩方法提高檢測(cè)精度，提出了一種基于灰度矩的面結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)亞像素精度解碼方法，具有很好的效果，同時(shí)大幅降低了硬件成本。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案進(jìn)行實(shí)現(xiàn)：

(a)使用條紋編碼方法設(shè)計(jì)面結(jié)構(gòu)光投影圖案，通過(guò)投影儀將投影圖案投射到被測(cè)物體表面，同時(shí)用照相機(jī)拍攝形變后的投影圖案獲得編碼圖像；

(b)將編碼圖像作為目標(biāo)圖像進(jìn)行Canny算子邊緣檢測(cè)，獲得目標(biāo)圖像的像素級(jí)邊緣點(diǎn)；

(c)根據(jù)Canny算子獲得的像素級(jí)邊緣點(diǎn)，將每個(gè)像素級(jí)邊緣點(diǎn)鄰域的7*7像素小塊提取出來(lái)，并對(duì)該像素小塊使用灰度矩的方法，檢測(cè)像素小塊內(nèi)的亞像素級(jí)邊緣，具體為：根據(jù)該像素小塊的灰度值，估計(jì)出該像素小塊的0階、1階、2階和3階灰度矩，由于灰度矩的值受像素小塊內(nèi)的灰度值所影響，所以根據(jù)像素小塊內(nèi)的前3階灰度矩推算出像素小塊內(nèi)灰度分界的位置，由此得到亞像素邊緣所處的位置，從而使解碼操作達(dá)到亞像素精度。

進(jìn)一步地，所述步驟(a)中，可以采用二值編碼方法、灰度編碼方法、二值格雷碼編碼方法等條紋編碼方法對(duì)投影圖案進(jìn)行編碼設(shè)計(jì)，獲得一個(gè)投影圖案序列，并將這些圖案依次投影至被測(cè)物體表面，由物體形狀的影響，照射在物體上的投影圖案會(huì)產(chǎn)生形變，用照相機(jī)拍攝可獲得編碼圖像。

進(jìn)一步的，所述步驟(b)中，Canny算子邊緣檢測(cè)包含以下步驟：高斯濾波器對(duì)編碼圖像進(jìn)行平滑濾波，減少噪聲的影響；用一階邊緣差分算子計(jì)算梯度幅值和方向；對(duì)梯度幅值進(jìn)行非極大值抑制，即在梯度方向上只選擇梯度最大的點(diǎn)作為候選邊緣點(diǎn)；用雙閾值算法檢測(cè)和連接邊緣。

進(jìn)一步地，所述步驟(c)具體如下：

(1)二維連續(xù)函數(shù)f(x,y)的k階灰度矩可以表示為公式(1)，S為積分區(qū)域的面積：