[发明专利]基于虚拟正交结构光编码的3D数据压缩算法

说明书

本发明属于3D数据压缩领域，提出了一种基于虚拟正交结构光编码的3D数据压缩算法，该算法将3D数据映射为2D灰度图像，以达到节约数据存储空间的目的，在数据编码过程中，通过虚拟正交结构光模型，将3D数据映射为两幅相位差为π/2的正弦条纹图，通过正交的方式形成复合条纹图，从而实现了将浮点型3D数据转化为0到255的整型图像数据存储的目的，数据解码时采用频域滤波的方法分离出对应条纹图，通过相位计算反求3D数据，与传统虚拟结构光3D数据编码算法相比，正交复合编码的方式有效替代了采用彩色图像三通道(R、G、B)存储条纹图的方法，压缩得到的灰度图像存储量减少2/3。

技术领域

本发明属于3D数据压缩领域，特别是涉及一种基于虚拟正交结构光编码的3D数据压缩算法。

背景技术

3D重建算法的不断发展及数据采集、处理设备的不断优化，使得3D重建技术在产品外形检测、工业快速成型等领域的应用不断成熟。由3D重建产生的3D数据，随着行业应用需要的增加及数据精密程度的提高，数据量在近几年内出现急剧上升的趋势，对硬件的存储及后期的处理运算提出新的挑战。

一般的3D数据的x、y、z的坐标值是双精度的浮点型数据，而一幅灰度图像每一个像素点的像素值是0到255的整型数据。传统的虚拟结构光需要三幅灰度条纹图像来编码3D数据，这三幅条纹图放入R、G、B三通道后形成彩色条纹图，以达到将3D数据转化为彩色图像存储、减少数据占用存储空间的目的。但由于数据解码时需要从彩色图像中提取各通道条纹图，颜色串扰造成提取条纹失真，引起后期解码误差甚至解码数据错误。基于此，本发明提出正交复合条纹编码的方法。

发明内容

为了解决数据解码时需要从彩色图像中提取各通道条纹图，颜色串扰造成提取条纹失真，引起后期解码误差甚至解码数据错误的问题，提出一种基于虚拟正交结构光编码的3D数据压缩算法，本算法采用频分复用的思想将3D数据编码到1幅灰度图像中，避免彩色条纹图解码时通道串扰的问题并达到减少内存的目的。

为解决上述技术问题，本发明保护的技术方案为：基于虚拟正交结构光编码的3D数据压缩算法，按照以下步骤进行：

步骤1)3D数据编码：3D数据通过虚拟正交结构光模型映射为两幅相移差为π/2的正弦条纹图，再通过正交的方式形成复合条纹图，实现了将3D数据的浮点型数据转化为0到255的整型数据，两幅正弦条纹图的相位相差π/2，为了区分它们，在文中将它们分别标识为正弦条纹图、余弦条纹图；

1.1、3D数据到2D灰度图像的映射过程：3D数据的X、Y方向数据通过线性缩放W倍取整后映射为2D图像的像素坐标信息(x',y')，3D数据的Z方向数据通过虚拟结构光模型，映射为2D条纹图的相位信息。以3D数据的其中一点为例，与(x,y)点对应的深度信息z(x,y)与其在图像(x',y')像素位置引起的相位变化存在以下线性关系：

其中[]表示取整操作，k为映射系数；

1.2、将相位信息调制于两幅相位差为π/2的正弦条纹图中，设条纹周期为P个像素，其频率f₀＝1/P，第一幅正弦条纹图的灰度值可表示为:

正弦条纹图沿竖直(行)方向呈正弦函数变化，受3D数据调制的正弦条纹图I₀₁(x',y')如图2所示：

第二幅相移差为π/2的正弦条纹图的灰度分布可用余弦函数描述：

其中上标T表示求矩阵的转置，为了方便运算，通过前期数据预处理将设置为行列相同的方阵，故I₀₁(x',y')、I₀₂(x',y')也为行列相同的灰度图像；