[发明专利]一种结构光三维重建系统中基于频移条纹的编解码方法

说明书

本发明公开了一种结构光三维重建系统中基于频移条纹的编解码方法，首先根据目标参数生成目标条纹图组，将投影仪图像坐标编码进目标条纹图组，目标参数至少包括条纹的频移量和频移次数N，N为大于或等于3的整数；接下来将目标条纹图组依次向待测场景进行投影，并拍摄投影图像，获得N幅第一条纹图；最后从N幅第一条纹图中解码出投影仪图像坐标。与现有基于相移条纹的编解码方法相比，本发明在解码过程中互相独立地计算每个像素的投影仪图像坐标，因此不受任何空间先验信息限制，因此能更好适应非连续表面等复杂场景。

技术领域

本发明属于计算机视觉技术领域，具体涉及一种编解码方法。

背景技术

结构光三维重建技术一直是三维计算机视觉、三维传感与计量领域研究的热点，广泛应用于工业检测、反求工程、人体三维建模、文物保护等方面。由于其具有非接触、非破坏、速度快、精度高等特点，使其成为最为理想的场景精确三维重建、轮廓形貌测量手段。

结构光三维重建过程中，投影仪或光源向场景中投影一系列条纹图，继而相机拍摄经过场景表面反射和调制后的条纹图，通过条纹分析技术对获取的条纹图进行处理，得到条纹的相位，继而根据三角测量原理以及已知的系统参数，将条纹相位转化为三维重建结果。其中，基于一定的编解码策略，获取准确的条纹图相位获取，并计算得到对应的投影仪图像坐标是三维重建的关键环节和必要前提之一。目前，基于单频条纹投影的编解码方法，或者基于相位空间连续性假设，或者通过引入多个相机或采用光场相机等，实现投影仪图像坐标的准确获取。然而，前者由于基于相位空间连续性假设，解码过程中相邻像素间具有依赖关系，造成其无法适应于带有阶跃的表面，而后者虽然可实现像素间独立地编解码，但由于增加了硬件，造成系统成本和复杂度增加。相比知下，基于相移条纹的编解码方法通过投影不同频率的多幅条纹图，并且每种频率的条纹图经过多次相移，可以实现准确、鲁棒地获取投影仪图像坐标，且解码过程中相邻像素之间具有独立性，可适用于非连续表面。但由于需要投影和拍摄多幅不同频率的条纹图，导致三维重建效率降低。同时，上述方法均基于两步策略，即首先获取包裹相位，进而基于解包裹算法对其解包裹得到最终结果，操作繁琐。

综上所述，需要设计一种更为快捷、简便的编解码方法，在所需更少条纹图、无需增加硬件的前提下，实现稳定、鲁棒且像素间独立操作的投影仪图像坐标编解码。因此，十分必要研究一种能够协调或解决上述问题的编解码方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种结构光三维重建系统中基于频移条纹的编解码方法，首先根据目标参数生成目标条纹图组，将投影仪图像坐标编码进目标条纹图组，目标参数至少包括条纹的频移量和频移次数N，N为大于或等于3的整数；接下来将目标条纹图组依次向待测场景进行投影，并拍摄投影图像，获得N幅第一条纹图；最后从N幅第一条纹图中解码出投影仪图像坐标。与现有基于相移条纹的编解码方法相比，本发明在解码过程中互相独立地计算每个像素的投影仪图像坐标，因此不受任何空间先验信息限制，因此能更好适应非连续表面等复杂场景。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

所述结构光三维重建系统，包括计算机、投影仪和相机；投影仪和相机都与计算机连接；所述计算机用于生成目标条纹图组，并从相机拍摄的第一条纹图中解码出投影仪图像坐标；所述投影仪用于向场景投影目标条纹图组；所述相机用于拍摄经过场景表面反射的目标条纹图组，获取N幅条纹图，相机拍摄的条纹图被称为第一条纹图，N为大于或等于3的整数；

步骤1：定义目标条纹图组参数，目标计算机根据目标条纹图组参数编码生成目标条纹图组，并同时将投影仪图像坐标编码进目标条纹图组，目标条纹图组包括N幅目标条纹图；

定义目标条纹的平均亮度为A，目标条纹的调制度为B，目标条纹的初始相位为目标条纹的初始频率为f₀；具体编码步骤如下：

步骤1-1：采用三角函数生成第1幅目标条纹图；