CN107490348A - 编码结构光三维测量中的编码光栅投影方法 - Google Patents

编码结构光三维测量中的编码光栅投影方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了编码结构光三维测量中的编码光栅投影方法，包括(a)根据视场范围，以及要求的测量精度，确定需要编码区域的数量X，令X＝2n；(b)由二进制设计n位格雷码编码码字；(c)根据格雷码编码码字设计n幅编码光栅图案，并依次向被测物体表面投射n幅编码光栅图案；对每幅投影图像用摄像机进行拍摄；(d)把所有的投影图像按顺序结合起来进行编解码；(e)重复步骤(d)得到所有的像素点的条纹级数。本发明用以解决现有技术中编码光栅设计定级不准确、容错率低的问题，实现提高定级准确度与容错率的目的。

Description

编码结构光三维测量中的编码光栅投影方法
技术领域
本发明涉及三维测量领域，具体涉及编码结构光三维测量中的编码光栅投影方法。
背景技术
编码结构光三维测量方法作为三维测量中最可靠的技术之一，因其具有测量速度快、方便操作、测量精度高等有点，已经成为三维测量书中的主要研究方向。在编码结构光基于位相测量轮廓术的三维测量中，投影光栅图案的编码方法是影响编码结构光三维测量精度的关键技术。根据某种编码方法设计相应的用于投影的编码光栅图案，然后进行投影，并对投影图像进行采集，再对采集的图像中的像素点进行编解码，这种根据某种编码方法设计的用于投影的光栅图案被称为编码光栅图案。编码结构光测量中光栅编码的主要目的是通过向被测物体表面投射编码光栅图案(利用投影仪进行投射)，来解决投射的光栅和所拍摄图像上因受物体调制产生的变形光栅如何一一对应的问题。因此用于投影的编码光栅图案设计是编码结构光三维测量中的关键技术。但是现有的编码光栅设计具有定级不准确、编解码过程错误率低的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供编码结构光三维测量中的编码光栅投影方法，以解决现有技术中编码光栅设计定级不准确、容错率低的问题，实现提高定级准确度与容错率的目的。
本发明通过下述技术方案实现：
编码结构光三维测量中的编码光栅投影方法，包括以下步骤：
(a)根据视场范围，以及要求的测量精度，确定需要编码区域的数量X，令X＝2n；其中n为编码图案的数量；
(b)由二进制设计n位格雷码编码码字；
(c)根据格雷码编码码字设计n幅编码光栅图案，并依次向被测物体表面投射n幅编码光栅图案；对每幅投影图像用摄像机进行拍摄；
(d)把所有的投影图像按顺序结合起来进行编解码：图像上任意一点，根据该点在摄像机拍摄图像中所处的位置进行编码，处于图像中黑色条纹中的码值为0，处于白色条纹中的码值为1，把获取的码值按序排列组成该点的格雷码编码，再把格雷码码字转换成二进制，再转换成十进制，以此获得该点所处的条纹级数；
(e)重复步骤(d)得到所有的像素点的条纹级数。
针对现有技术中编码光栅设计定级不准确、容错率低的问题，本发明提出一种编码结构光三维测量中的编码光栅投影方法，本方法首先根据视场范围，以及要求的测量精度，确定需要编码区域的数量X，其中X的取值满足等于2n，以便于确定编码图案数量为n。之后由二进制设计n位格雷码编码码字，由普通二进制编码设计格雷码属于现有技术，在此不做赘述。之后根据格雷码编码码字设计n幅编码光栅图案，并依次向被测物体表面投射n幅编码光栅图案；对每幅投影图像用摄像机进行拍摄，则一共可以得到n幅拍摄图像。把所有的投影图像按顺序结合起来进行编解码，编解码的具体方法为：图像上任意一点，根据该点在摄像机拍摄图像中所处的位置进行编码，处于图像中黑色条纹中的码值为0，处于白色条纹中的码值为1，把获取的码值按序排列组成该点的格雷码编码，再把格雷码码字转换成二进制，再转换成十进制，以此获得该点所处的条纹级数。以此类推获得所有像素点的条纹级数，即能过实现编码光栅投影。本发明相较于现有技术，通过格雷码进行转换与编码，格雷码为可靠性编码，其汉明距离为1，能够使得错误最小化，从而极大程度上提高定级准确度与容错率，取得突出的实质性特点和显著进步。
优选的，步骤(c)中投射编码光栅图案时，第一次投影已设计好的图案中条纹节距最大的黑白光栅条纹图案，并用摄像机拍摄图像；第二次投影条纹节距宽度次之的黑白条纹光栅图案，也用摄像机拍摄图像，直到完成n幅投影。通过使投射的条纹节距宽度逐渐变小，从而便于后续将投影图像按顺序结合，降低后续工作中的计算量，以此提高投射效率。
优选的，步骤(e)中当两个像素点距离过近不便区分时，采用与编码光栅最小条纹节距相等的正弦光栅条纹进行相移。在实际操作过程中，当投影到条纹节距宽度很小的图像时，编码光栅的条纹界限已经很模糊了，将会造成光栅边界提取困难。特别是到最后一幅格雷码编码图案中时，条纹光栅的节距极小，每个条纹光栅覆盖一个像素点，很容易受到噪声干扰。因此，当两个像素点距离过近不便区分时，采用与编码光栅最小条纹节距相等的正弦光栅条纹进行相移，避免噪声干扰，确保条纹光栅节距极小时的投影精确度。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明编码结构光三维测量中的编码光栅投影方法，通过格雷码进行转换与编码，格雷码为可靠性编码，其汉明距离为1，能够使得错误最小化，从而极大程度上提高定级准确度与容错率，取得突出的实质性特点和显著进步。
2、本发明编码结构光三维测量中的编码光栅投影方法，通过使投射的条纹节距宽度逐渐变小，从而便于后续将投影图像按顺序结合，降低后续工作中的计算量，以此提高投射效率。
3、本发明编码结构光三维测量中的编码光栅投影方法，当两个像素点距离过近不便区分时，采用与编码光栅最小条纹节距相等的正弦光栅条纹进行相移，避免噪声干扰，确保条纹光栅节距极小时的投影精确度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明具体实施例的流程示意图；
图2为本发明具体实施例中基于格雷码的编码光栅的像素点P点的编码示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1所示的编码结构光三维测量中的编码光栅投影方法，包括以下步骤：(a)根据视场范围，以及要求的测量精度，确定需要编码区域的数量X，令X＝2n；其中n为编码图案的数量；(b)由二进制设计n位格雷码编码码字：本实施例中n取4，则格雷码码字G＝(g4、g3、g2、g1)，共24个，具体如下表所示：
(c)再根据格雷码编码码字设计n幅编码光栅图案，并依次向被测物体表面投射n幅编码光栅图案；对每幅投影图像用摄像机进行拍摄；(d)把所有的投影图像按顺序结合起来进行编解码：图像上任意一点，根据该点在摄像机拍摄图像中所处的位置进行编码，处于图像中黑色条纹中的码值为0，处于白色条纹中的码值为1，把获取的码值按序排列组成该点的格雷码编码，再把格雷码码字转换成二进制，再转换成十进制，以此获得该点所处的条纹级数。附图2表示了基于格雷码的编码光栅的像素点P点的编码示意图。从图2中可知，根据投影图案组合后的P点的条纹的格雷码码字为010，转化成二进制编码为011，对应的十进制为3，所以P点所处的条纹级数为3。以此类推得到所有的像素点的条纹级数，即能够实现对所有像素点的编码。其中，步骤(c)中投射编码光栅图案时，第一次投影已设计好的图案中条纹节距最大的黑白光栅条纹图案，并用摄像机拍摄图像；第二次投影条纹节距宽度次之的黑白条纹光栅图案，也用摄像机拍摄图像，直到完成n幅投影。并且，当两个像素点距离过近不便区分时，采用与编码光栅最小条纹节距相等的正弦光栅条纹进行相移。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.编码结构光三维测量中的编码光栅投影方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)根据视场范围，以及要求的测量精度，确定需要编码区域的数量X，令X＝2n；其中n为编码图案的数量；
(b)由二进制设计n位格雷码编码码字；
(c)根据格雷码编码码字设计n幅编码光栅图案，并依次向被测物体表面投射n幅编码光栅图案；对每幅投影图像用摄像机进行拍摄；
(d)把所有的投影图像按顺序结合起来进行编解码：图像上任意一点，根据该点在摄像机拍摄图像中所处的位置进行编码，处于图像中黑色条纹中的码值为0，处于白色条纹中的码值为1，把获取的码值按序排列组成该点的格雷码编码，再把格雷码码字转换成二进制，再转换成十进制，以此获得该点所处的条纹级数；
(e)重复步骤(d)得到所有的像素点的条纹级数。
2.根据权利要求1所述的编码结构光三维测量中的编码光栅投影方法，其特征在于，步骤(c)中投射编码光栅图案时，第一次投影已设计好的图案中条纹节距最大的黑白光栅条纹图案，并用摄像机拍摄图像；第二次投影条纹节距宽度次之的黑白条纹光栅图案，也用摄像机拍摄图像，直到完成n幅投影。
3.根据权利要求1所述的编码结构光三维测量中的编码光栅投影方法，其特征在于，步骤(e)中当两个像素点距离过近不便区分时，采用与编码光栅最小条纹节距相等的正弦光栅条纹进行相移。
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