[发明专利]虚拟结构光3D数据压缩算法的局部误差抑制方法

说明书

本发明虚拟结构光3D数据压缩算法的局部误差抑制方法属于3D点云数据压缩领域，解决了现有虚拟结构光编码算法在将3D点云数据编码成2D彩色图像后，2D图像压缩存储和再读取时，陡变灰度边缘量化误差会造成相位展开局部错误，最终导致解码出来的3D点云数据发生错误的问题，本发明通过相位展开辅助绝对相位展开的方法来抑制量化误差引起的深度解码错误，在将条纹的截断相位展开成连续相位完成深度信息解码过程中，同时使用相对相位展开和绝对相位展开的方法完成截断相位展开，根据两种方法得到的连续相位差值固定的特点，对绝对相位展开结果的局部误差进行修正，实验结果表明，该方法可有效提高虚拟结构光3D数据编码算法数据保真度，使数据解码均方根误差平均降低10.8倍。

技术领域

本发明属于3D点云数据压缩领域，特别是涉及一种虚拟结构光3D数据压缩算法的局部误差抑制方法。

背景技术

近年来，3D点云数据广泛应用于计算机辅助设计、虚拟现实、工业快速成型及3D打印等领域，计算机运算速度的提高及光学成像技术的不断发展，为3D点云数据的实时获取创造了条件，同时也对3D数据后期的压缩存储技术提出新的要求。对于同一场景，若用相同的空间采样点记录，3D点云数据存储量较传统2D照片的数据量将大大增加。以常见的单精度浮点型数据为例，存储一个3D点云数据点需要12Byte(x，y，z分别4Byte)，是普通RGB彩色图像每个像素点所需存储空间(3byte)的4倍。随着应用、科研领域对3D点云数据空间分辨率的和采样面积等参数要求的不断提高，所需存储的3D数据点数也将急剧增加，此时，需要研究高效的数据压缩算法以完成海量数据存储。

不同用途的3D数据有着不同的存储表示形式，维基百科列出了最常用的文件格式。在计算机辅助设计(CAD)中,一般使用STL文件格式，采用三角形网格来表示物体的3D信息。在计算机图形学中，OBJ是一种被普遍接受的文件格式，这种文件以纯文本的形式存储了模型的顶点、法线、纹理坐标和材质使用信息。PLY文件是斯坦福大学开发的一种多边形数据储存格式，每个文件通过顶点，面等描述一个多边形模型对象。常用于储存3D扫描原始数据的MAT，它包括x、y、z、颜色和质量5个矩阵，属于非结构化数据格式。在视频应用领域，“Holoimage”是一种很具潜力的数据存储表示格式，它使用虚拟结构光编码算法，将物体的3D信息编码于“类全息图像”的条纹中，实现了3D数据到2D图像的转化存储。

虚拟结构光编码算法利用结构光三维重建原理，建立虚拟正弦结构光投影模型并设定系统参数，得到3D点云数据的深度信息与正弦条纹的相位映射关系，最后将3D点云数据逐点编码到2D彩色图像的每个像素中。当需要3D点云数据时，再从2D图像解码出所需的3D点云数据。这种编码算法在彩色图像R、G通道存储受深度信息调制的正、余弦条纹，B通道存储相位展开的相位级次索引，由于该索引图呈阶梯状分布，在2D彩色图像压缩存储和再读取时，阶梯的边缘量化误差会造成相位展开局部错误，最终导致解码出来的3D点云数据发生错误。本专利提出相对相位展开辅助绝对相位展开的方法，来抑制B通道中相位级次索引图的边缘量化误差，从而达到提高3D数据解码精度的目的。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，解决了现有虚拟结构光编码算法在将3D点云数据转化成2D彩色图像压缩存储和再读取时，B通道灰度阶梯的边缘量化误差会造成相位展开局部错误，最终导致解码出来的3D点云数据发生错误的问题，旨在提供一种虚拟结构光3D数据压缩算法的局部误差抑制方法，本方法利用相对相位展开辅助绝对相位展开的方法，通过抑制B通道中相位级次索引图的边缘量化误差，从而达到提高3D数据解码精度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

虚拟结构光3D数据压缩算法的局部误差抑制方法，其特征在于：该量化误差抑制方法包括以下步骤：

1)读取图像的R通道与G通道条纹灰度值计算截断相位φ′(i,j)，截断相位φ′(i,j)的计算方法如下：