[发明专利]一种针对结构光的光带分离和峰值定位方法

说明书

一、技术领域：

本发明涉及结构光三维扫描技术，尤其涉及针对结构光的光带分离和峰值定位方法。 

二、背景技术：

3D技术发展迅速，是国际性的研究热点，具有广阔的市场和应用前景，如3D电视、3D电影、3D医学成像、3D游戏以及3D地图等等。3D技术主要由3D信息采集技术、3D影像的制作技术、3D信息的理解与识别技术以及3D影像的显示技术等组成，其中3D信息采集技术是整个3D技术的基础，对其它3D技术的发展具有重要影响。 

从采集的方式上来分类，3D信息采集技术可分为被动式和主动式两大类。被动式技术的特点是在获取物体三维坐标时不对场景引入新能量。被动式技术的代表是立体视觉技术，但立体视觉技术需要从多个视角的图像来重建3D物体，而多幅图像的特征点匹配比较困难。当物体没有纹理或角点等特征点时，立体视觉技术很难重建3D物体，同时它还存在计算量大这一显著缺点。另一种3D信息采集技术是主动式技术。其中最具代表性的是激光雷达以及结构光扫描技术。激光雷达利用计算激光的飞行时间(Time Of Flight)等方式来获取深度图像，而结构光扫描通过投影设备、物体以及摄像头的三角关系计算出物体的深度。 

结构光扫描技术主要分为两大类。第一类是时间编码技术，在一定时间内，通过投射一系列的结构光，从而获得高精度的三维点云数据，但这类方法只适用于静态场景扫描。另一类是空间编码技术，这类技术的优点是能够通过一次结构光投射获取三维点云数据，从而能够扫描运动物体。在结构光扫描技术中，一个重要的步骤是对采集图像中的结构光进行识别。如，在投射颜色编码的结构光带系统中，颜色光带之间加以黑色带间隔，在拍摄到投射了结构光的被扫描物体后，其表面的结构光光带及峰值需要被检测和精确定位出来，以便于进行3D坐标计算。为了解决这一问题，文献《J.Pags，J.Salvi，C.Collewet，and J.Forest.Optimised de bruijn patterns for one-shot shape acquisition.Image and Vision Computing，23(8)：707-720，2005.》中提出了使用二次梯度来检测结构光带的方法，但是在增加亮度对比度的同时，二次梯度同样增强了噪声，使得这种方法对于噪声和背景敏感。文献《P.Fechteler and P.Eisert.Adaptive colour classification for structured light systems.Computer Vision，IET，3(2)：49-59，June 2009.》根据每个候选光带的计算亮度和形状来计算其为真实光带的概率，因为把亮度作为标准之一，这种方法难于检测到亮度较弱的光带。 

针对上述问题，本发明提出了一种针对基于局部趋势的结构光带检测以及峰值定位方法。这种方法通过提取结构光带的局部趋势来确定光带的上升沿和下降沿，从而确定光带的区域。在光带区域之中进一步采用修正的加权均值来估计光带的峰值位置。 

三、发明内容：

本发明解决的技术问题是：本发明提出了一种利用局部趋势测量的方法，实现了光带的M通道上升沿和下降沿检测，并以之为判定光带的依据，从而得到了结构光带的区域，并在结构光带中进一步计算加权均值的方法实现了峰值位置的准确提取。这种方法排除了条纹亮度不一对光带查找带来的影响，并能够检测出光带峰值的准确位置，并且对噪声具有一定的鲁棒性。该解决方案的技术要点是：将获取图像的RGB通道融合为M通道，然后M通道提取局部趋势，利用M通道的局部趋势信息标定结构光带区域，在区域中寻找峰值相关点集，将M通道的值作为权值，对相关点集进行加权平均来估计峰值位置。本发明的主要用途是在光带型结构光扫描系统中进行光带分离和峰值位置提取，从而提高了3D重建的准确率和对被扫描物体表面形状颜色等的鲁棒性。