CN104897081A - 一种n频编码结构光解码快速算法 - Google Patents

Abstract

一种n频编码结构光解码快速算法属于结构光三维测量技术领域；该方法首先将编码光按照周期从大到小的顺序进行排序，并记录和计算排序后编码结构光的周期、在量程范围内所包含的周期数、以及与空间位置相对应的相位主值；然后按顺序查找各组编码结构光周期序号，并计算空间位置，从第一个编码光的第一种可能开始，逐条向其他编码光进行搜索，直到搜索到所有编码光都有相同的计算结果，进而计算得到空间位置；本发明n频编码结构光解码快速算法，可以实现快速搜索解码。

Description

一种n频编码结构光解码快速算法

技术领域

一种n频编码结构光解码快速算法属于结构光三维测量技术领域。

背景技术

三维形貌测量在科学研究、医学诊断、工程设计、刑事侦查等领域均有广泛的应用。而结构光作为众多三维形貌测量手段的重要组成部分，以其非接触式、成本低、分辨率高和速度快的优势，受到了各国学者和工程技术人员的广泛关注，并得到了快速发展。

结构光是一组由投影仪和摄像头组成的系统结构。用投影仪投射特定的光信息到物体表面后及背景后，再由摄像头进行采集，根据物体造成的光信号变化来计算物体的位置和深度信息，进而复原整个物体三维形貌。

结构光最简单的形式就是向物体表面投射单一频率光束，然而，单一频率的投影光不仅抗干扰能力差，而且量程也只局限于投影光的一个周期；解决这个问题，可以采用两束或多束不同频率投影光相组合的方式，例如本课题组在2014年11月18日申请了发明专利《一种双频模拟编码光容错相位展开工程方法》，并公开了一种解码算法。然而，在应用时发现，该发明专利所公开的解码算法仅可以实现双频编码光有效解码，而不适用于对三频及更多频编码光进行解码。

针对上述问题，本课题组申请了发明专利《一种n频编码结构光解码算法》，并在具体实施例中验证了该发明能够对双频及多频编码结构光进行解码。然而，这种算法需要穷尽所有可能才能完成解码运算，而从具体实施例三、具体实施例四和具体实施例五可以看出，对于四频编码结构光，就可能存在三千多万种可能，并可以分析出，随着频数的增加，可能性会成指数形式上升，也使得解码运算量成指数形式上升，完成解码，势必消耗很长的运算时间。

发明内容

针对本课题组申请发明《一种n频编码结构光解码算法》中，所公开的解码算法运算量大，耗时长的缺点，本发明公开了一种n频编码结构光解码快速算法，该算法可以实现对n频编码结构光快速解码。

本发明的目的是这样实现的：

一种n频编码结构光解码快速算法，由两个步骤组成：

步骤一、将编码光按照周期从大到小的顺序进行排序，并记录和计算所需参数；

步骤二、按顺序查找各组编码结构光周期序号，并计算空间位置。

上述n频编码结构光解码快速算法，记录和计算所需参数，具体为：

排序后编码结构光的周期分别为：a₁、a₂、…、a_n，并且有：a₁>a₂>…>a_n；

排序后编码结构光在量程范围内所包含的周期数分别为：N₁、N₂、…、N_n，并且有：N₁<N₂<…<N_n；

排序后编码结构光与空间位置相对应的相位主值分别为：

上述n频编码结构光解码快速算法，所述的步骤二具体为：

S201、设定i＝0，j＝0，k＝2；

S202、判断是否等于如果：

否，进入步骤S203，

是，进入步骤S204，

S203、判断j是否等于N_k-1，如果：

否，j＝j+1，直接回到S202；

是，i＝i+1，j＝0，k＝2，回到S202；

S204、判断k是否等于n，如果：

否，j＝0，k＝k+1，回到步骤S202；

是，计算结束。

一种实现上述n频编码结构光解码快速算法的投影采集系统，包括投影仪、被测物、以及图像采集系统，所述的投影仪向被测物投影结构光，图像采集系统采集投射有结构光的被测物图像，所述投影仪按照周期从大到小的顺序投射结构光。

有益效果：

第一、由于步骤一将编码光按照周期从大到小的顺序进行排序，因此在量程范围内，各编码结构光的周期数量从小到大，在这样的条件下实施步骤二，使作为判断基准的第一个编码光搜索次数最少，有利于提高解码速度。

第二、沿用本课题组《一种n频编码结构光解码算法》数组的定义，本发明步骤二提供的搜索算法，可以实现以下功能：只要发现数组中存在两个不相等的元素，就不再计算包含这两个元素的所有数组，因此可以大幅减少运算量，实现对n频编码结构光进行快速解码。

以上两个有益效果相结合，可以实现快速搜索解码。

附图说明

图1为本发明n频编码结构光解码快速算法流程图。

图2为本发明n频编码结构光解码快速算法中步骤二的流程图。

图3为两项发明计算结果与运算时间对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施例作进一步详细描述。

本实施例的n频编码结构光解码快速算法，以本课题组申报的发明专利《一种n频编码结构光解码算法》中，具体实施例三所采用的四频数据为例，验证本发明方法具有运算速度快的技术优势。

本实施例的n频编码结构光解码快速算法，流程图如图1所示，该算法由两个步骤组成：

步骤一、将编码光按照周期从大到小的顺序进行排序，并记录和计算所需参数；

步骤二、按顺序查找各组编码结构光周期序号，并计算空间位置。

其中，步骤一所述的记录和计算所需参数，包括：

排序后编码结构光的周期分别为：

a₁＝7

a₂＝6

     ；

a₃＝5

a₄＝4

排序后编码结构光在量程范围内所包含的周期数分别为：

N₁＝60

N₂＝70

    ；

N₃＝84

N₄＝105

排序后编码结构光与空间位置相对应的相位主值分别为：

步骤二的具体流程如图2所示，包括以下步骤：

S201、设定i＝0，j＝0，k＝2；

S202、判断是否等于如果：

否，进入步骤S203，

是，进入步骤S204，

S203、判断j是否等于N_k-1，如果：

否，j＝j+1，直接回到S202；

是，i＝i+1，j＝0，k＝2，回到S202；

S204、判断k是否等于n，如果：

否，j＝0，k＝k+1，回到步骤S202；

是，计算结束。

按照上述流程，在matlab软件中编程序如下：

得到的结果为x＝188，所用时间为0.000101s。

为了验证本文算法具有运算速度快的优势，再在matlab软件中编写本课题组申报的发明专利《一种n频编码结构光解码算法》所涉及算法的程序，如下：

得到的结果同样为x＝188，所用时间为0.586093s。

以上结果在matlab中的显示，即对比结果如图3所示。

根据两种算法得到的结果完全一致，验证了本发明算法的正确性，根据本发明算法用时远远小于另一项发明的算法用时，验证了本发明算法具有快速运算的技术优势。

以上实施例均采用以下投影采集系统，该系统包括投影仪、被测物、以及图像采集系统，所述的投影仪向被测物投影结构光，图像采集系统采集投射有结构光的被测物图像，这些技术特征均与传统结构光系统完全一致，在此不再重复说明。区别在于，所述投影仪按照周期从大到小的顺序投射结构光。

Claims (4)

1.一种n频编码结构光解码快速算法，其特征在于，由两个步骤组成：

步骤一、将编码光按照周期从大到小的顺序进行排序，并记录和计算所需参数；

步骤二、按顺序查找各组编码结构光周期序号，并计算空间位置。

2.根据权利要求1所述的n频编码结构光解码快速算法，其特征在于，记录和计算所需参数，具体为：

排序后编码结构光的周期分别为：a₁、a₂、…、a_n，并且有：a₁>a₂>…>a_n；

排序后编码结构光在量程范围内所包含的周期数分别为：N₁、N₂、…、N_n，并且有：N₁<N₂<…<N_n；

排序后编码结构光与空间位置相对应的相位主值分别为：

3.根据权利要求1所述的n频编码结构光解码快速算法，其特征在于，所述的步骤二具体为：

S201、设定i＝0，j＝0，k＝2；

S202、判断是否等于如果：

否，进入步骤S203，

是，进入步骤S204，

S203、判断j是否等于N_k-1，如果：

否，j＝j+1，直接回到S202；

是，i＝i+1，j＝0，k＝2，回到S202；

S204、判断k是否等于n，如果：

否，j＝0，k＝k+1，回到步骤S202；

是，计算结束。

4.一种实现权利要求1、2和3所述n频编码结构光解码快速算法的投影采集系统，包括投影仪、被测物、以及图像采集系统，所述的投影仪向被测物投影结构光，图像采集系统采集投射有结构光的被测物图像，其特征在于，所述投影仪按照周期从大到小的顺序投射结构光。