[发明专利]基于序列特征重复度的条纹码字匹配方法

权利要求书

1.一种基于序列特征重复度的条纹码字匹配方法，其特征在于：相机和投影仪固定在三脚支架上，并通过电缆将相机与计算机进行连接，通过电缆将投影仪与计算机进行连接；

具体的步骤如下：

步骤1、通过计算机生成一幅7元3级的彩色结构光条纹编码图像，其中编码图像选择的颜色码信息值分别选择为：红色、绿色、蓝色、青色、品红色、黄色和白色，其对应的R颜色通道信息值、G颜色通道信息值、B颜色通道信息值，分别为：(255,0,0)、(0,255,0)、(0,0,255)、(0,255,255)、(255,0,255)、(255,255,0)和(255,255,255)，同时为了便于进行序列码字匹配，设定各个颜色码对应各自的颜色码字序号sn，分别为1、2、3、4、5、6和7；利用DeBurijng的伪随机特性和颜色码序号生成一幅7元3级的编码彩色结构光条纹图像pro_img，其中编码彩色结构光条纹图像pro_img的背景色为黑色信息值，彩色条纹的宽度值设定为7个像素，相邻条纹之间的间隔为3个像素，图像分辨率大小为A pixel×B pixel；

步骤2、将相机和投影仪固定在三脚支架上，调整投影仪，使得投影仪投射的编码彩色结构光条纹图像pro_img能够呈现在待测物体上，同时调整相机的位姿，使得待测物体上的调制图像画面在相机的成像视野范围内，然后固定投影仪和相机的位姿不变，并用相机采集待测物体上的调制彩色结构光条纹图像为cam_img；

步骤3、将相机采集的彩色结构光条纹图像cam_img中的所有像素点，按照从上到下，从左到右的顺序存储在矩阵cimg_marry中,矩阵大小为n行，m列，其中对于第i行，第j列对应的矩阵值cimg_marry(i，j)＝(cr(i,j),cg(i,j),cb(i,j)),i＝1,2…n；j＝1,2…m；

步骤4、利用公式

diffr1(i,j)＝cr(i+1,j)-cr(i-1,j)+cr(i+2,j)-cr(i-2,j)；

diffg1(i,j)＝cg(i+1,j)-cg(i-1,j)+cg(i+2,j)-cg(i-2,j)；

diffb1(i,j)＝cb(i+1,j)-cb(i-1,j)+cb(i+2,j)-cb(i-2,j)；

得到图像cam_img在R颜色通道的一阶滤波差分矩阵diffr1,图像cam_img在G颜色通道的一阶滤波差分矩阵diffg1，图像cam_img在B颜色通道的一阶滤波差分矩阵diffb1，其中i＝3,4,…n-2；j＝1,2…m；

接着利用公式

g1(i,j)＝diffr1(i,j)×diffr1(i,j)+diffg1(i,j)×diffg1(i,j)+diffb1(i,j)×diffb1(i,j)得到图像cam_img在R颜色通道、G颜色通道和B颜色通道的二阶滤波差分矩阵g1；

利用公式

diffg1(i,j)＝g1(i,j)(i+1,j)-g1(i,j)(i-1,j)+g1(i,j)(i+2,j)-g1(i,j)(i-2,j)；得到图像cam_img的二阶滤波差分矩阵g1对应的一阶滤波差分矩阵diffg1；diffg2(i,j)＝diffg1(i,j)(i+1,j)-diffg1(i,j)(i-1,j)+diffg1(i,j)(i+2,j)-diffg1(i,j)(i-2,j)；

得到图像cam_img的二阶滤波差分矩阵g1对应的二阶滤波差分矩阵diffg2；

步骤5、为了保存相机采集的调制彩色条纹的中心码字对应的序列，构建矩阵cam_cmarry(i，j),i＝1,2…n；j＝1,2,…m,当满足(diffg1(i-1,j)＞0diffg1(i+1,j)＜0)||(diffg1(i-1,j)＜0diffg1(i+1,j)＞0)(diffg2(i,j)＜0)

时，寻找cimg_marry(i，j)中颜色信息值对应的颜色码字序号sn，矩阵cam_cmarry(i，j)＝sn,否则矩阵cam_cmarry(i，j)＝0；

步骤6、对投影仪投射的7元3级的编码彩色结构光条纹图像pro_img，按照步骤3至步骤5执行，并将检测到的条纹中心对应的颜色码值序列保存在矩阵pro_cmarry(a,b)，a＝1,2…A,b＝1,2…B；

步骤7、对矩阵pro_cmarry和矩阵cam_cmarry按照行进行扫描匹配，也即是将矩阵pro_cmarry的第k行和矩阵cam_cmarry的第k行中所有非零元素值，按照原始列顺序构建两个码字序列特征，分别为：Pseq_k＝(ps₁,ps₂,ps₃,...,ps_h)和Cseq_k＝(cs₁,cs₂,cs₃,...,cs_z)，Pseq和Cseq代表了条纹颜色码对应的特征信息值；

步骤8、利用公式

pgl_pi＝ps_pi-ps_pi-1,cgl_ci＝cs_ci-cs_ci-1

pgr_pj＝ps_pj+1-ps_pj，cgr_cj＝cs_cj+1-cs_cj

其中ps_pi和ps_pj为码字序列特征Pseq和Cseq中的序列元素值，而pgl和pgr为条纹颜色码对应的特征梯度值，而序号pi＝2,3…h；ci＝2,3…z；pj＝1,2…h-1；cj＝1,2…z-1；构建两个码字特征序列特征分别为：左梯度值序列Pgral_k＝(pgl₁,pgl₂,pgl₃,...,pgl_h-1)，Cgral_k＝(cgl₁,cgl₂,cgl₃,...,cgl_z-1)和右梯度值序列Pgrar_k＝(pgr₁,pgr₂,pgr₃,...,pgr_h-1)，Cgrar_k＝(cgr₁,cgr₂,cgr₃,...,cgr_z-1)；

步骤9、查找上述四个梯度值序列中的所有满足pgl_x＝cgl_y和pgr_x＝cgr_y的梯度码，则梯度码对应在矩阵pro_cmarry和矩阵cam_cmarry的码字称之为内核码字，寻找矩阵pro_cmarry和矩阵cam_cmarry中对应的所有内核码字，内核码字对应的重复度rep最小，对矩阵pro_cmarry、cam_cmarry中相邻的内核码字进行合并，逐渐扩大码字序列的重复度rep，找到最大序列重复度rep，对最大重复度rep的序列中的最左端序列码字查找对应的左梯度值序列码进行匹配，如果匹配则加入该序列中，如果不匹配则停止；同理，对最大重复度的序列中的最右端序列码字查找对应的右梯度值序列码进行匹配，通过该过程进一步扩大码字特征序列的重复度，得到最终的最大重复度序列，将已经匹配完的码字序列从矩阵pro_cmarry、cam_cmarry中进行剔除，对所有的相邻内核码字进行处理，直到剩余独立的内核码字，紧接着继续对独立的内核码字进行码字特征序列重复度扩展，也是对码字序列的最左端和最右端序列码字查找对应的左梯度值序列码和右梯度值序列码进行匹配，如果匹配则加入该序列中，如果不匹配则停止；

利用以上步骤可以实现对投影仪投射的原始编码条纹序列与相机采集的调制条纹码字进行快速匹配。