CN103347154B - 脉宽调制结构光编码图案方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种脉宽调制结构光编码图案方法，包括以下步骤，1）、将三级脉宽调制波形分解为两组二级脉宽调制波形；2）、由两组二级脉宽调制波形生成两幅二级脉宽调制结构光编码图案；3）、对两幅二级脉宽调制结构光编码图案按照相同的投影与曝光成像参数顺序投影和曝光成像，获得两幅二级脉宽调制曝光图像；4）、对两幅二级脉宽调制曝光图像进行灰度值相加合成，获得三级脉宽调制编码结构光图案照明效果的复合图像。该方法仅使用两个灰度级的结构光编码图案，结构光投影成像时不需要进行复杂的投影非线性校正，也不需要精确的投影与曝光成像同步控制，并且能够投影获得与三级脉宽调制结构光编码图案方法照明效果相同的场景图像。
Description
技术领域
本发明涉及一种脉宽调制结构光编码图案方法，尤其涉及一种用于三维成像的结构光编码图案与曝光方法。
背景技术
传统的正弦结构光生成方法往往需要对投影进行非线性效应校正，以获得准确的正弦灰度值分布效果。但是，投影非线性校正需要在结构光图案投影前进行，而且，高精度的投影非线性校正往往较复杂。现有的离焦式结构光编码生成方式使避免投影非线性校正成为可能，这些方法使用仅有两个灰度级的结构光编码图案进行离焦即可实现准确的正弦结构光生成，即结构光编码图案灰度值为（B+0.0）I和（B+1.0）I，其中，B和I为常数，（B+0.0）I为图案的最小灰度值，（B+1.0）I为图案的最大灰度值。
为了解决两个灰度级结构光编码产生的高次谐波问题，一种三级脉宽调制结构光编码图案方法使用三个灰度级的结构光编码图案进行高次谐波的消除，即结构光编码图案灰度值为（B+0.0）I、（B+0.5）I和（B+1.0）I，其中，B和I为常数，（B+0.0）I为图案的最小灰度值，（B+0.5）I为图案的中等亮度灰度值，（B+1.0）I为图案的最大灰度值。但是，使用三个灰度级的结构光编码图案后，系统就需要进行简单的投影非线性校正，即对中等亮度灰度级的结构光编码灰度进行校正，或者需要由精确的相机与投影仪同步方法实现，但这两种方法往往会牺牲系统的简便性。
发明内容
目的：为了克服现有三级脉宽调制结构光编码图案方法需要进行投影非线性校正或者投影与曝光成像同步的不足，本发明提供一种脉宽调制结构光编码图案方法，该方法仅使用两个灰度级的结构光编码图案，因而不需要进行投影非线性校正，并且能够投影获得与三级脉宽调制结构光编码图案方法照明效果相同的场景图像。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种脉宽调制结构光编码图案方法，包括以下步骤，
步骤1）：将三级脉宽调制波形分解为两组二级脉宽调制波形；
步骤2）：由两组二级脉宽调制波形生成两幅二级脉宽调制结构光编码图案；
步骤3）：对两幅二级脉宽调制结构光编码图案按照相同的投影与曝光成像参数顺序投影和曝光成像，获得两幅二级脉宽调制曝光图像；
步骤4）：对两幅二级脉宽调制曝光图像进行灰度值相加合成，获得三级脉宽调制编码结构光图案照明效果的复合图像。
所述的脉宽调制结构光编码图案方法，其特征在于，所述步骤1）具体是指，将三级脉宽调制波形分解为两组二级脉宽调制波形：
当三级脉宽调制波形某点的灰度值为（B+0.0）I时，两组二级脉宽调制波形对应点的灰度值都取最小值，即（B+0.0）I；
当三级脉宽调制波形某点的灰度值为（B+1.0）I时，两组二级脉宽调制波形对应点的灰度值都取最大值，即（B+1.0）I；
当三级脉宽调制波形某点的灰度值为（B+0.5）I时，其中任意一组二级脉宽调制波形对应点的灰度值取最小值，即（B+0.0）I，另一组二级脉宽调制波形对应点的灰度值取最大值，即（B+1.0）I，在需要时可对两个灰度值的组别分配进行优化；
其中，B和I为常数，（B+0.0）I为图案的最小灰度值，（B+0.5）I为图案的中等亮度灰度值，（B+1.0）I为图案的最大灰度值。
所述的脉宽调制结构光编码图案方法，其特征在于，所述步骤2）由两组二级脉宽调制波形生成两幅二级脉宽调制结构光编码图案中，两幅二级脉宽调制结构光编码图案的灰度值分布分别由对应的脉宽调制灰度值波形决定：
当脉宽调制结构光编码图案方法取横向条纹时，两幅二级脉宽调制结构光编码图案每一行像素的灰度值大小分别与两组二级脉宽调制波形对应点的灰度值相同；
当脉宽调制结构光编码图案方法取纵向条纹时，两幅二级脉宽调制结构光编码图案每一列像素的灰度值大小分别与两组二级脉宽调制波形对应点的灰度值相同。
有益效果：本发明提供的脉宽调制结构光编码图案方法，该方法仅使用两个灰度级的结构光编码图案，结构光投影成像时不需要进行复杂的投影非线性校正，也不需要精确的投影与曝光成像同步控制，并且能够投影获得与三级脉宽调制结构光编码图案方法照明效果相同的场景图像，解决了现有三级脉宽调制结构光编码图案方法需要进行投影非线性校正或者投影与曝光成像同步的不足。
附图说明
图1是本发明的由单个三级脉宽调制波形分解为两组二级脉宽调制波形的示意图；
图2是本发明的二级脉宽调制结构光编码图案一的示意图；
图3是本发明的二级脉宽调制结构光编码图案二的示意图；
图4是本发明的两幅二级脉宽调制结构光编码图案用于生成理想三级脉宽调制结构光编码图案方法照明场景效果图像的双幅图像曝光成像与合成方法示意图；
图中，三级脉宽调制波形1，第一组二级脉宽调制波形2，第二组二级脉宽调制波形3。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1至图4所示，一种脉宽调制结构光编码图案方法，包括以下步骤，
步骤1）：如图1所示，将三级脉宽调制波形分解为两组二级脉宽调制波形；
当三级脉宽调制波形某点的灰度值为（B+0.0）I时，两组二级脉宽调制波形对应点的灰度值都取最小值，即（B+0.0）I；
当三级脉宽调制波形某点的灰度值为（B+1.0）I时，两组二级脉宽调制波形对应点的灰度值都取最大值，即（B+1.0）I；
当三级脉宽调制波形某点的灰度值为（B+0.5）I时，其中任意一组二级脉宽调制波形对应点的灰度值取最小值，即（B+0.0）I，另一组二级脉宽调制波形对应点的灰度值取最大值，即（B+1.0）I，在需要时可对两个灰度值的组别分配进行优化；
其中，B和I为常数，（B+0.0）I为图案的最小灰度值，（B+0.5）I为图案的中等亮度灰度值，（B+1.0）I为图案的最大灰度值。
步骤2）：由两组二级脉宽调制波形生成两幅二级脉宽调制结构光编码图案；
两幅二级脉宽调制结构光编码图案的灰度值分布分别由对应的脉宽调制灰度值波形决定：
当脉宽调制结构光编码图案方法取横向条纹时，两幅二级脉宽调制结构光编码图案每一行像素的灰度值大小分别与两组二级脉宽调制波形对应点的灰度值相同；
当脉宽调制结构光编码图案方法取纵向条纹时，两幅二级脉宽调制结构光编码图案每一列像素的灰度值大小分别与两组二级脉宽调制波形对应点的灰度值相同。
本发明利用两组脉宽调制灰度值序列生成的两幅二级脉宽调制结构光编码图案示意图如图2和图3所示。图2和图3中，本实施例选用两组脉宽调制结构光编码图案方法都取纵向条纹方向，两幅二级脉宽调制结构光编码图案的同一列的灰度值大小分别与对应的脉宽调制灰度值序列对应点的灰度值相同，最终获得两幅二级脉宽调制结构光编码图案如图2和图3所示。
步骤3）：对两幅二级脉宽调制结构光编码图案按照相同的投影与曝光成像参数顺序投影和曝光成像，获得两幅二级脉宽调制曝光图像；
步骤4）：对两幅二级脉宽调制曝光图像进行灰度值相加合成，获得三级脉宽调制编码结构光图案照明效果的复合图像。
本发明提供的两幅二级脉宽调制结构光编码图案用于生成三级脉宽调制结构光编码照明效果场景图像的双幅图像曝光成像与合成方法实例的过程如图4所示，本发明的工作过程如下：相机第一次曝光开始，编码图案一投影一次，相机第一次曝光结束，曝光图像一生成，相机第二次曝光开始，编码图案二投影一次，相机第二次曝光结束，曝光图像二生成，图像一和图像二相加合成，目标图像生成。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种脉宽调制结构光编码图案方法，包括以下步骤，
步骤1）：将三级脉宽调制波形分解为两组二级脉宽调制波形；
步骤2）：由两组二级脉宽调制波形生成两幅二级脉宽调制结构光编码图案；
步骤3）：对两幅二级脉宽调制结构光编码图案按照相同的投影与曝光成像参数顺序投影和曝光成像，获得两幅二级脉宽调制曝光图像；
步骤4）：对两幅二级脉宽调制曝光图像进行灰度值相加合成，获得三级脉宽调制编码结构光图案照明效果的复合图像。
2.根据权利要求1所述的脉宽调制结构光编码图案方法，其特征在于，所述步骤1）具体是指，将三级脉宽调制波形分解为两组二级脉宽调制波形：
当三级脉宽调制波形某点的灰度值为（B+0.0）I时，两组二级脉宽调制波形对应点的灰度值都取最小值，即（B+0.0）I；
当三级脉宽调制波形某点的灰度值为（B+1.0）I时，两组二级脉宽调制波形对应点的灰度值都取最大值，即（B+1.0）I；
当三级脉宽调制波形某点的灰度值为（B+0.5）I时，其中任意一组二级脉宽调制波形对应点的灰度值取最小值，即（B+0.0）I，另一组二级脉宽调制波形对应点的灰度值取最大值，即（B+1.0）I；
其中，B和I为常数，（B+0.0）I为图案的最小灰度值，（B+0.5）I为图案的中等亮度灰度值，（B+1.0）I为图案的最大灰度值。
3.根据权利要求1或2所述的脉宽调制结构光编码图案方法，其特征在于，所述步骤2）由两组二级脉宽调制波形生成两幅二级脉宽调制结构光编码图案中，两幅二级脉宽调制结构光编码图案的灰度值分布分别由对应的脉宽调制灰度值波形决定：
当二级脉宽调制结构光编码图案方法取横向条纹时，两幅二级脉宽调制结构光编码图案每一行像素的灰度值大小分别与两组二级脉宽调制波形对应点的灰度值相同；
当二级脉宽调制结构光编码图案方法取纵向条纹时，两幅二级脉宽调制结构光编码图案每一列像素的灰度值大小分别与两组二级脉宽调制波形对应点的灰度值相同。
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