[发明专利]基于格雷码滤波器的异常点纠正方法、存储介质和系统

说明书

本发明提供了一种基于格雷码滤波器的异常点纠正方法、存储介质和系统，本申请的方案使用了一个自定义的格雷码滤波器，针对采集的格雷码二值化图像，通过滤波器滤除黑条纹里的白色异常点和白条纹里的黑色异常点，实现大部分格雷码解码异常点的滤除，从而把重建点云的杂散点或异常点纠正回来，提高了三维测量的准确度。

技术领域

本发明涉及结构光三维测量领域，具体涉及一种基于格雷码滤波器的异常点纠正方法、存储介质和系统。

背景技术

基于相移结合格雷码的结构光三维重建方法，是目前应用较为广泛的物体表面三维形貌测量方法，其实验装置如附图1所示，一般由一个投影仪和一个或两个相机组成。相移结合格雷码的结构光三维重建方法，具体包括相移法包裹相位提取技术、格雷码解包裹相位技术和相位-高度恢复重建技术。

首先是相移法包裹相位提取技术。相移法通过投影仪向被测物体投影的正弦条纹图案，通过求解多幅正弦条纹图像来获得相位主值的方法。相移法一般要求投影条纹为正弦或余弦条纹，经过物体表面调制后变形条纹的灰度值函数如下式所示：

I_n(x，y)＝A(x，y)+B(x，y)cos[φ(x，y)+2πn/N]…………………(1)；

式中，A(x,y)代表背景光强，B(x,y)代表正弦投影条纹对物体表面的光照调制强度，φ(x,y)代表被物体表面高度调制的相位信息，n＝0,1,..,N表示N步相移中的第n次相移步数。求解出上式中的φ(x,y)即可通过恢复出物体表面的高度信息。由于上式中包含3个未知数，因此至少要通过三步相移才能求解出相位调制信息φ(x,y)，一般相移步数N的取值为3～5。对于满周期的N步相移法，上式中的三个未知数的相位求解公式如下：

通过相移法能够求解出包裹相位图，四步相移求解的包裹相位图如附图2所示。

其次是格雷码相位解包裹技术。格雷码是一序列二进制条纹图案，相移结合格雷码的结构光三维测量方法中，一般投射的7位格雷码图案序列如附图3所示。格雷码方法是通过投射二进制黑白条纹图案，对物体待测表面进行编码，来唯一标识包裹相位的各个区间相位，从而对包裹相位图进行展开，得到绝对相位图。格雷码解码和包裹相位区间的对应关系如附图4所示。通过格雷码对包裹相位区间进行唯一标识之后，就可以进行相位展开。包裹相位展开过程如附图5所示。

最后是相位-高度恢复重建技术。相位-高度恢复重建技术有很多种实现方法，一般有双目立体视觉重建方法和单目参考平面重建方法。

在相移结合格雷码的结构光三维测量方法中，格雷码的码值能够唯一标识包裹相位区间，从而能够实现相位展开。但是在实际应用中，格雷码解码会产生很多解码异常点，使得相位展开过程出现很多错误，在重建后的点云上表现出很多杂散点。

首先对于格雷码黑白条纹边缘的解码异常点，已经有过很多研究，也产生了很多有效的解决方法，例如互补格雷码和位移格雷码等。但是对于表面反射率变化复杂的物体，环境光照变化时，在格雷码条纹中间部分也会产生很多解码异常点，目前这方面的研究较少，没有较好的解决方法。在格雷码二值图像上，因为物体复杂表面(例如PCB电路板)导致的格雷码解码异常点如附图6所示，白条纹中的黑点和黑条纹中的白点都属于解码异常点。

综上，由于格雷码解码错误，相移结合格雷码三维重建方法会产生很多点云异常点。目前有许多方法能够解决格雷码黑白条纹边缘产生的解码异常点，例如互补格雷码、位移格雷码等方法。但是由于环境光照、物体表面反射率变化等原因，格雷码条纹中间部分也会产生较多解码异常点，这种情况目前没有较好的方法进行解决。亟需一种解决全局解码异常点的方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于格雷码滤波器的异常点纠正方法、存储介质和系统，其能解决上述问题。