[發明專利]一種基于條紋投影的免重建快速深度分割方法

在審

• 申請號: 202011442644.8
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112700452A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 韓文仲;肖雨;鄧吉;李健;張雪靜;梁晶;曾周末
• 申請（專利權）人: 北華航天工業學院
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/136;G01B11/22
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 李興林

本發明公開了一種基于條紋投影的免重建快速深度分割方法，包括投影光柵、捕獲光場圖像、計算包裹相位、提取深度分割線和將處于不同深度的區域進行分割步驟。本發明僅需5幅光柵即可實現深度分割，提升了速度，并實現動態深度分割，它使用希爾伯特變換變換計算包裹相位，在頻域內實現分割操作，無需相位序列變換，計算消耗小；能解決單一方向相位在物體某些區域深度存在的不敏感問題。

技術領域

本發明涉及一種基于條紋投影的深度分割方法，尤其涉及一種基于條紋投影的免重建快速深度分割方法，屬于計算機視覺技術領域。

背景技術

深度分割技術(depth segmentation technology)，是將處于不同深度物體分成若干個特定的深度區域的技術，其被廣泛的應用于機器人抓取識別、自動駕駛、三維重建等領域。

早期的深度分割主要是借鑒二維圖像分割的實施框架實現分割，根據實現方法的不同，主要分為閾值分割、邊緣分割、區域分割等。例如，基于邊緣的分割方法，通常需要利用邊緣檢測算子(如Roberts算子、Prewitt算子、Sobel算子等)提取待分割圖像邊緣，并對分割邊界內的像素進行連通和標注，最后完成分割區域。但是，該方法易受噪聲干擾，導致誤分割。

隨著計算能力的提升，基于數據融合的深度分割因為其強魯棒性而成為研究熱點。Comaniciu等提出了一種融合邊緣和顏色數據的深度分割方法，盡管該方法具有魯棒性強和計算成本低的優點，然而該方法在分割顏色相似物體時效果不佳。融合RGB和深度數據(RGBD)的深度分割方法通過增強視覺感知來克服實際場景中的照明和紋理問題。然而，在獲取顏色和深度數據期間的會產生各種誤差，因此，增加了深度分割的中間誤差。

最近，鄧等提出了一種無需重建的深度分割方法，該方法僅使用相移光柵，無需預先獲取深度數據，即可實現深度分割；同時，該方法還具備不受物體顏色紋理的影響、計算消耗小等優點。然而，該方法存在兩個局限：一是為了消除相位不敏感對分割的影響，至少需要投射兩組正交光柵，至少六幅，這將影響深度分割的速度性能；二是為了實現深度分割線的提取，在數據處理階段需要進行多次光柵序列變換，增加了計算消耗。因此，需要提高無需重建的深度分割方法的速度。

發明內容

所要解決的技術問題是提供一種基于條紋投影的免重建快速深度分割方法，提高執行速度。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種基于條紋投影的免重建快速深度分割方法，所述條紋投影系統包括位置呈三角關系設置的投影儀、相機和被測對象，包括以下技術步驟：

步驟1：投影光柵：所述投影儀將兩步相移正交光柵和直流分量光柵依次投射至物體表面，所述兩步相移正交光柵為：

P_m(x,y)＝a(x,y)+b(x,y)cos[φ_m(x,y)+δ_m] m＝1,2 (1)

式中，P_m(x,y)為第m幅兩步相移正交光柵的光強分布；a(x,y)為兩步相移正交光柵的基本強度，b(x,y)為兩步相移正交光柵的調制強度；φ_m(x,y)為第m幅兩步相移正交光柵的包裹相位，其值域為(-π,π)；δ_m為第m幅兩步相移正交光柵的相移量；

所述直流分量光柵為：

P_DC(x,y)＝a(x,y) (2)

式中，a(x,y)為兩步相移正交光柵的基本強度；

步驟2：捕獲光場圖像：所述相機捕獲所述被測對象反射的光場；

步驟3：計算包裹相位：計算第1幅和第2幅兩步相移正交光柵的包裹相位：