CN101853385A - 一种提取De Bruijn彩色结构光图像的中心彩色条纹的方法 - Google Patents

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CN101853385A CN201010172077A CN201010172077A CN101853385A CN 101853385 A CN101853385 A CN 101853385A CN 201010172077 A CN201010172077 A CN 201010172077A CN 201010172077 A CN201010172077 A CN 201010172077A CN 101853385 A CN101853385 A CN 101853385A
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杨华民
李明勋
李明
姜会林
韩成
范静涛
丁莹
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Abstract

本发明提出一种提取De Bruijn彩色结构光图像的中心彩色条纹的方法，属于计算机图像处理技术领域。该方法可以提取宽度为1个像素的De Bruijn彩色结构光编码条纹经过调制后的中心彩色条纹，提取的正确率大于99.5％，为寻找调制后彩色图片中每个像素点与原始编码图像中彩色条纹的匹配关系奠定了基础。

Description

一种提取De Bruijn彩色结构光图像的中心彩色条纹的方法
技术领域
本发明提出一种提取De Bruijn彩色结构光图像的中心彩色条纹的方法，属于计算机图像处理技术领域。
背景技术
从本质上说，基于结构光的三维重构系统是传统立体视觉系统的一种改进与延伸。它使用一个投射编码图像的设备来代替立体视觉系统中的一个摄像机，解决了特征点设置和特征点搜寻的难题。基于结构光的三维重构系统具有非接触、精度高、速度快、适用范围广等优点。广泛应用于自动化加工、高速在线检测、质量控制、航空航天、汽车制造、实物仿型、服装加工、投影系统等领域，是反向工程和计算机视觉中的重要组成部分。
一般情况下，基于结构光的三维重构系统包括系统参数的标定，结构光图像的编解码，编码特征点三维信息的计算和特征点重构四个重要组成部分。对结构光编码方法的研究已有很多，时间编码中的线结构光方法不能快速实时地对物体进行重构，但它的编码原理简单、易于实现；由于迪布鲁英(De Bruijn)序列，具有预先的可确定性和可重复性，所以由迪布鲁英伪随机序列生成的彩色结构光编码方法已成为了彩色结构光三维重构最广泛应用的方法之一。
在对编码条纹进行解码之前，必须先对所摄取的图像进行灰度化、二值化、边界提取等图像预处理，然而在对较细条纹进行预处理的过程中则会出现图像信息的丢失现象使得解码序列的求取出现错误。为了更好地对编码条纹进行解码，张超等人提出一系列图像预处理方法，该方法可以更加准确地提取较细格雷码的条纹；于晓洋等人采用一种基于边缘导向的亚像素定位技术提取格雷码条纹边缘；吴海滨等人在分析结构光编码白条纹扩散的原因和实际边缘形态的基础上，提出一种同时检测多边缘并消除扩散影响的亚像素精度方法-交点法。实验结果表明，对于宽度大于4pixel的编码条纹，边缘检测相对误差小于1％，可消除被测表面倾斜和离焦的影响。夏冰冰通过比较不同边缘检测算法的实际效果，来选择一种运算速度快、边缘定位准确、噪声抑制能力强的边缘检刚算法，实现结构光调制图像标定数据的提取，对于彩色条纹的提取通常采用提取彩色条纹的边缘然后提取条纹的方法。
发明内容
为了精确地对De Bruijn彩色结构光编码图像的中心彩色条纹进行提取，本发明提出了一种提取De Bruijn彩色结构光图像的中心彩色条纹的方法。
一种提取De Bruijn彩色结构光图像的中心彩色条纹的方法，其特征在于，该方法所需设备和实现步骤如下：
所需设备：如图1所示，所需设备由5部分组成：投影机1，投影屏幕2，摄像机3，计算机4，待测物体5；投影机1和摄像机3都通过电缆与计算机4连接。
实现步骤：
步骤1、在计算机4中，利用具有随机特性与确定性的De Bruijn伪随机序列，产生一幅7元3级De Bruijn序列彩色结构光编码图像，该图像背景颜色为黑色，其RGB值都为0，每条彩色条纹的宽度为一个像素，相邻两条彩色条纹间隔3个像素，并且颜色都不相同。
步骤2、计算机4通过投影机1将步骤1中产生的De Bruijn序列彩色结构光编码图像经过待测物体5调制后投影到投影屏幕2上，生成调制后的投影图像。
步骤3、计算机4通过摄像机3拍摄步骤2生成的调制后的投影图像，得到彩色结构光编码图片；由该图片上所有像素点按照从左到右，从上到下的顺序构成矩阵Z；设矩阵Z有m行，n列；Z(i，j)＝(R(i，j)，G(i，j)，B(i，j))为矩阵Z的第i行第j列元素，其中R(i，j)、G(i，j)、B(i，j)分别为Z(i，j)的RGB值。
步骤4、构造矩阵I，设元素I(i，j)是矩阵I的第i行第j列元素，
I(i，j)＝(R(i，j)+G(i，j)+B(i，j))/3/255，i＝1，2，...，m，j＝1，2，...，n；
步骤5、构造矩阵Is，设Is(i，j)是矩阵Is的第i行第j列元素，对j＝1，2，...，n，有Is(1，j)＝I(1，j)；
Is(2，j)＝(I(1，j)+I(2，j)+I(3，j))/3；
Is(i，j)＝(I(i-2，j)+2×I(i-1，j)+3×I(i，j)+2×I(i+1，j)+I(i+2，j))/9，i＝3，4，...，m-2；
Is(m-1，j)＝(I(m-2，j)+I(m-1，j)+I(m，j))/3，Is(m，j)＝I(m，j)。
步骤6、构造矩阵Is的梯度矩阵dIs，设dIs(i，j)是矩阵dIs的第i行第j列元素，对j＝1，2，...，n，有
dIs(i，j)＝Is(i+1，j)-Is(i，j)，i＝1，2，...，m-1；
dIs(m，j)＝0。
步骤7、构造向量E，向量E的元素E(j)＝1，j＝1，2，...，n；构造矩阵x，设x(k，j)是矩阵x的第k行第j列元素，对j＝1，2，...，n，有
x(1，j)＝1，j∈{1，2，...，n)；
如果dIs(k-1，j)≥0且dIs(k，j)＜0，或者，dIs(k-1，j)≤0且dIs(k，j)＞0，其中k＝2，3，...，m-1，那么
E(j)＝E(j)+1，x(E(j)，j)＝k；
最后设x(E(j)+1，j)＝m。
步骤8、构造矩阵a，设a(k，j)是矩阵a的第k行第j列元素，对j＝1，2，...，n，有
Figure GSA00000121679400021
，k＝2，3，...，E(j)+1；此处函数表示对x向下取整。
步骤9、构造向量E’，向量E’的元素E’(j)＝1，j＝1，2，...，n，；对k＝1，2，...，E(j)，j＝1，2，...，n，按照从上到下，从左到右的顺序，在矩阵I的第j列中找到第a(k，j)行到第a(k+1，j)行的第一个最大值，分别设为I(g，j)，如果I(g，j)＞I(a(k，j)，j)并且I(g，j)＞I(a(k+1，j)，j)，那么像素点Z(g，j)为所述彩色结构光编码图片的第j列第E’(j)条中心彩色条纹中的元素，且E’(j)＝E’(j)+1。
通过以上步骤可以找到调制后彩色图片的每一条中心彩色条纹，为寻找调制后彩色图片中每个像素点与原始编码图像中彩色条纹的匹配关系作好了准备。
本发明提出了一种提取De Bruijn彩色结构光图像中中心彩色条纹的方法，该方法可以提取宽度为1个像素的De Bruijn彩色结构光编码条纹经过调制后的中心彩色，提取的正确率大于99.5％，为寻找调制后彩色图片中每个像素点与原始编码图像中彩色条纹的匹配关系作好了准备。
附图说明
图1是一种提取De Bruijn彩色结构光图像的中心彩色条纹的方法所需设备构成图。此图也是说明书摘要附图。其中：1为投影机，2为投影屏幕，3为摄像机，4为计算机，5为待测物体。
图2是De Bruijn序列生成的彩色结构光编码图。
具体实施方式
一种提取De Bruijn彩色结构光图像的中心彩色条纹的方法，该方法所需设备和实现步骤如下：
所需设备：如图1所示，所需设备由5部分组成：投影机1，投影屏幕2，摄像机3，计算机4，待测物体5；投影机1和摄像机3都通过电缆与计算机4连接。
实现步骤：
步骤1、在计算机4中，利用具有随机特性与确定性的De Bruijn伪随机序列，产生一幅7元3级De Bruijn序列彩色结构光编码图像，该图像背景颜色为黑色，其RGB值都为0，每条彩色条纹的宽度为一个像素，相邻两条彩色条纹间隔3个像素，并且颜色都不相同。
步骤2、计算机4通过投影机1将步骤1中产生的De Bruijn序列彩色结构光编码图像经过待测物体5调制后投影到投影屏幕2上，生成调制后的投影图像。
步骤3、计算机4通过摄像机3拍摄步骤2生成的调制后的投影图像，得到彩色结构光编码图片；由该图片上所有像素点按照从左到右，从上到下的顺序构成矩阵Z；设矩阵Z有m行，n列；Z(i，j)＝(R(i，j)，G(i，j)，B(i，j))为矩阵Z的第i行第j列元素，其中R(i，j)、G(i，j)、B(i，j)分别为Z(i，j)的RGB值。
步骤4、构造矩阵I，设元素I(i，j)是矩阵I的第i行第j列元素，
I(i，j)＝(R(i，j)+G(i，j)+B(i，j))/3/255，i＝1，2，...，m，j＝1，2，...，n；
步骤5、构造矩阵Is，设Is(i，j)是矩阵Is的第i行第j列元素，对j＝1，2，...，n，有Is(1，j)＝I(1，j)；
Is(2，j)＝(I(1，j)+I(2，j)+I(3，j))/3；
Is(i，j)＝(I(i-2，j)+2×I(i-1，j)+3×I(i，j)+2×I(i+1，j)+I(i+2，j))/9，i＝3，4，...，m-2；
Is(m-1，j)＝(I(m-2，j)+I(m-1，j)+I(m，j))/3，Is(m，j)＝I(m，j)。
步骤6、构造矩阵Is的梯度矩阵dIs，设dIs(i，j)是矩阵dIs的第i行第j列元素，对j＝1，2，...，n，有
dIs(i，j)＝Is(i+1，j)-Is(i，j)，i＝1，2，...，m-1；
dIs(m，j)＝0。
步骤7、构造向量E，向量E的元素E(j)＝1，j＝1，2，...，n；构造矩阵x，设x(k，j)是矩阵x的第k行第j列元素，对j＝1，2，...，n，有
x(1，j)＝1，j∈{1，2，...，n)；
如果dIs(k-1，j)≥0且dIs(k，j)＜0，或者，dIs(k-1，j)≤0且dIs(k，j)＞0，其中k＝2，3，...，m-1，那么
E(j)＝E(j)+1，x(E(j)，j)＝k；
最后设x(E(j)+1，j)＝m。
步骤8、构造矩阵a，设a(k，j)是矩阵a的第k行第j列元素，对j＝1，2，...，n，有
Figure GSA00000121679400041
，k＝2，3，...，E(j)+1；此处函数
Figure GSA00000121679400042
表示对x向下取整。
构造向量E’，向量E’的元素E’(j)＝1，j＝1，2，...，n，；对k＝1，2，...，E(j)，j＝1，2，…，n，按照从上到下，从左到右的顺序，在矩阵I的第j列中找到第a(k，j)行到第a(k+1，j)行的第一个最大值，分别设为I(g，j)，如果I(g，j)＞I(a(k，j)，j)并且I(g，j)＞I(a(k+1，j)，j)，那么像素点Z(g，j)为所述彩色结构光编码图片的第j列第E’(j)条中心彩色条纹中的元素，且E’(j)＝E’(j)+1。
通过以上步骤可以找到调制后彩色图片的每一条中心彩色条纹，为寻找调制后彩色图片中每个像素点与原始编码图像中彩色条纹的匹配关系作好了准备。

Claims (1)

1.一种提取De Bruijn彩色结构光图像的中心彩色条纹的方法，其特征在于，该方法所需设备和实现步骤如下：
所需设备：所需设备由5部分组成：投影机(1)，投影屏幕(2)，摄像机(3)，计算机(4)，待测物体(5)；投影机(1)和摄像机(3)都通过电缆与计算机(4)连接；实现步骤：
步骤1、在计算机(4)中，利用具有随机特性与确定性的De Bruijn伪随机序列，产生一幅7元3级De Bruijn序列彩色结构光编码图像，该图像背景颜色为黑色，其RGB值都为0，每条彩色条纹的宽度为一个像素，相邻两条彩色条纹间隔3个像素，并且颜色都不相同；
步骤2、计算机(4)通过投影机(1)将步骤1中产生的De Bruijn序列彩色结构光编码图像经过待测物体(5)调制后投影到投影屏幕(2)上，生成调制后的投影图像；
步骤3、计算机(4)通过摄像机(3)拍摄步骤2生成的调制后的投影图像，得到彩色结构光编码图片；由该图片上所有像素点按照从左到右，从上到下的顺序构成矩阵Z；设矩阵Z有m行，n列；Z(i，j)＝(R(i，j)，G(i，j)，B(i，j))为矩阵Z的第i行第j列元素，其中R(i，j)、G(i，j)、B(i，j)分别为Z(i，j)的RGB值；
步骤4、构造矩阵I，设元素I(i，j)是矩阵I的第i行第j列元素，
I(i，j)＝(R(i，j)+G(i，j)+B(i，j))/3/255，i＝1，2，…，m，j＝1，2，…，n；
步骤5、构造矩阵Is，设Is(i，j)是矩阵Is的第i行第j列元素，对j＝1，2，…，n，有
Is(1，j)＝I(1，j)；
Is(2，j)＝(I(1，j)+I(2，j)+I(3，j))/3；
Is(i，j)＝(I(i-2，j)+2×I(i-1，j)+3×I(i，j)+2×I(i+1，j)+I(i+2，j))/9，
i＝3，4，…，m-2；
Is(m-1，j)＝(I(m-2，j)+I(m-1，j)+I(m，j))/3，Is(m，j)＝I(m，j)；
步骤6、构造矩阵Is的梯度矩阵dIs，设dIs(i，j)是矩阵dIs的第i行第j列元素，对j＝1，2，…，n，有
dIs(i，j)＝Is(i+1，j)-Is(i，j)，i＝1，2，…，m-1；
dIs(m，j)＝0；
步骤7、构造向量E，向量E的元素E(j)＝1，j＝1，2，…，n；构造矩阵x，设x(k，j)是矩阵x的第k行第j列元素，对j＝1，2，…，n，有
x(1，j)＝1，j∈{1，2，…，n}；
如果dIs(k-1，j)≥0且dIs(k，j)＜0，或者，dIs(k-1，j)≤0且dIs(k，j)＞0，其中k＝2，3，…，m-1，那么
E(j)＝E(j)+1，x(E(j)，j)＝k；
最后设x(E(j)+1，j)＝m；
步骤8、构造矩阵a，设a(k，j)是矩阵a的第k行第j列元素，对j＝1，2，…，n，有 
Figure FSA00000121679300021
，k＝2，3，…，E(j)+1；此处函数
Figure FSA00000121679300022
表示对x向下取整；
步骤9、构造向量E’，向量E’的元素E’(j)＝1，j＝1，2，…，n，；对k＝1，2，…，E(j)，j＝1，2，…，n，按照从上到下，从左到右的顺序，在矩阵I的第j列中找到第a(k，j)行到第a(k+1，j)行的第一个最大值，设为I(g，j)，如果I(g，j)＞I(a(k，j)，j)并且I(g，j)＞I(a(k+1，j)，j)，那么像素点Z(g，j)为所述彩色结构光编码图片的第j列第E’(j)条中心彩色条纹中的元素，且E’(j)＝E’(j)+1；
通过以上步骤可以找到调制后彩色图片的每一条中心彩色条纹，为寻找调制后彩色图片中每个像素点与原始编码图像中彩色条纹的匹配关系作好了准备。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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