CN108332673A - 立体视觉图像编解码的方法、装置、设备以及存储介质 - Google Patents

立体视觉图像编解码的方法、装置、设备以及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种立体视觉图像编解码的方法，包括：将随时间发生正弦周期变化的结构光图案投影至双目相机的测量区域，以便于通过所述双目相机的任意一个相机及预设的采样间隔采集多幅编码图像；提取所述多幅编码图像同一像素位置的光强变化序列；获取所述光强变化序列经过快速傅里叶变换运算后的最大幅值，以便得出所述最大幅值对应的相位；遍历所述多幅编码图像中各个相同像素位置，从而获取所述多幅编码图像中各个像素位置的相位。利用本发明所提供的方法，可以简单快速精准的求解出多幅编码图像同一像素位置光强变化序列的相位，保证了基于相位测量的三维重建的实时性和精确性。

Description

立体视觉图像编解码的方法、装置、设备以及存储介质
技术领域
本发明涉及立体视觉图像领域，特别是涉及一种立体视觉图像编解码的方法、装置、设备以及计算机存储介质。
背景技术
三维测量技术在工业生产和人们的日常生活中有着广泛且重要的应用。如：机器人的视觉系统、工业生产上的质量监控、逆向工程。基于相位测量的三维重建方法由于其抗干扰性强，精确度高等特点在三维重建领域得到了广泛的应用。
针对基于相位测量的三维重建过程中的相位求解问题，国内外目前主要是相移法。相移法采用的是相移技术与正弦光栅投影相结合的方法来测量物体的三维轮廓特征，其中以N步相移法较为常用，将N幅相移量光栅图案投影到被测区域，然后根据联立N幅编码图案的同一像素位置的光强分布函数来求解该像素位置的相位。但是相移法是在时域对光强分布函数进行运算，难以消除环境噪声对相位求解过程的影响，造成求解出来的相位不精确。
综上所述可以看出，如何提高三维重建时相位求解的精确度是目前有待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种立体视觉图像编解码的方法、装置、设备以及计算机存储介质，已解决现有技术中三维重建时相位求解精确度差的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种立体视觉图像编解码的方法，包括：将随时间发生正弦周期变化的结构光图案投影至双目相机的测量区域，以便于通过所述双目相机的任意一个相机及预设的采样间隔采集多幅编码图像；提取所述多幅编码图像同一像素位置的光强变化序列；获取所述光强变化序列经过快速傅里叶变换运算后的最大幅值，以便得出所述最大幅值对应的相位；遍历所述多幅编码图像中各个相同像素位置，从而获取所述多幅编码图像中各个像素位置的相位。
优选地，所述随时间发生正弦周期变化的结构光图案通过
表示；其中，x为结构光图案的横坐标，y为结构光图案的纵坐标，f1为结构光信号的变化频率，t为时间；为结构光图案上某一位置的编码相位；其中，表示起始相位值，表示单位距离的编码相位变化量。
优选地，所述预设的采样间隔Δt小于1/2f1。
优选地，所述提取多幅编码图像同一像素位置的光强变化序列包括：将所述多幅编码图像全部存入三维矩阵A＝[H,W,N]中，其中，H，W为编码图像像素位置的坐标，N为编码图像的编号；所述三维矩阵的矩阵元素为多幅编码图像的每个像素位置的光强，多幅编码图像同一个像素位置的光强为矩阵不同N值下相同H，W值所对应的元素；多幅编码图像同一像素位置的光强变化序列为其中，A为幅值，B为直流分量，为相位值，f2为光强变化频率，且f1＝f2。
优选地，，所述提取多幅编码图像同一像素位置的光强变化序列后还包括去除所述光强变化序列的直流分量，所述光强变化序列的直流分量为多幅编码图像同一像素位置的光强的平均值；去除所述光强变化序列的直流分量B后的光强变化序列I'为
优选地，所述获取所述光强变化序列经过快速傅里叶变换运算后的最大幅值包括：
用复数z＝a+bi表示所述光强变化序列I'进行快速傅里叶变换运算后得到的采样点，其中a为复数z的实部，b为复数z的虚部，i为虚部单位；其中，z的模值为z的幅值为A'm＝2|z|/n，n为采样点数，z的相位值为计算各个采样点的幅值，获取最大幅值A'm'所对应的相位所述相位为所述多幅编码图像同一像素位置的光强变化序列I'的相位。
优选地，所述随时间发生正弦周期变化的结构光图案通过
表示；其中，x为结构光图案的横坐标，y为结构光图案的纵坐标，f1为结构光信号的变化频率，t为时间；为结构光图案上某一位置的编码相位；其中，表示起始相位值，表示单位距离的编码相位变化量。
本发明还提供了一种立体视觉图像编解码的装置，包括：
采样模块，用于将随时间发生正弦周期变化的结构光图案将投影至双目相机的测量区域，以便于通过所述双目相机的任意一个相机及预设的采样间隔采集多幅编码图像；
提取模块，用于提取多幅编码图像同一像素位置的光强变化序列；
计算模块，用于获取所述光强变化序列经过快速傅里叶变换运算后的最大幅值，以便得出所述最大幅值对应的相位；
遍历模块，用于遍历所述多幅编码图像中各个相同像素位置，从而获取所述多幅编码图像中各个像素位置的相位。
优选地，所述随时间发生正弦周期变化的结构光图案通过
表示；其中，x为结构光图案的横坐标，y为结构光图案的纵坐标，f1为结构光信号的变化频率，t为时间；为结构光图案上某一位置的编码相位；其中，表示起始相位值，表示单位距离的编码相位变化量。
本发明还提供了一种立体视觉图像编解码的设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述一种立体视觉图像编解码的方法的步骤。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述一种立体视觉图像编解码的方法的步骤。
本发明所提供的一种立体视觉图像编解码的方法，对双目相机的测量区域投影会随着时间发生正弦周期变化的结构光图案，利用所述双目相机的任意一个相机及预设的采样时间间隔采集多幅编码图像；提取所述多幅编码图像同一像素位置的光强变化序列；对同一像素位置的光强变化序列进行快速傅里叶变换运算，并通过幅值与频率之间的关系得到最大幅值所在频率，然后根据相位与频率之间的关系，得到所述最大幅值所对应的相位。所述最大幅值所对应的相位值即多幅编码图像同一像素位置的光强变化序列的相位；遍历所述多幅编码图像中各个相同像素位置，从而获取所述被测物体在所述双目相机测量区域内各个像素位置的相位。本发明所提供的立体视觉图像编解码方法使用快速傅里叶变换简单快速精准求解出使用双目摄像系统采集的多幅编码图像同一像素位置光强变化序列的相位，保证了基于相位测量的三维重建的实时性和精确性。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的立体视觉图像编解码的方法的第一种具体实施例的流程图；
图2为本发明所提供的立体视觉图像编解码的方法的第二种具体实施例的流程图；
图3为本发明实施例提供的一种立体视觉图像编解码的装置的结构框图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种立体视觉图像编解码的方法、装置、设备以及计算机可读存储介质，提高了三维重建时相位求解的精确度。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明所提供的立体视觉图像编解码的方法的第一种具体实施例的流程图；具体操作步骤如下：
步骤S101：将随时间发生正弦周期变化的结构光图案投影至双目相机的测量区域，以便于通过所述双目相机的任意一个相机及预设的采样间隔采集多幅编码图像；
所述双目相机包括左相机以及右相机，在实际应用中，所述双目相机的左相机依据预设的时间间隔采集多幅编码图像的同时，所述双目相机的右相机也依据预设的时间间隔采集多幅编码图像。同时对所述左相机与所述右相机各自采集到的多幅编码图像以相同的方法进行相位求解。
所述的结构光图案通过表示；其中，x为结构光图案的横坐标，y为结构光图案的纵坐标，f1为结构光信号的变化频率，t为时间；为结构光图案上某一位置的编码相位；其中，表示起始相位值，表示单位距离的编码相位变化量。
所述双目相机在进行图像采集时，所述预设的采样间隔Δt＜1/2f1；利用所述双目相机采集到的编码图像可以是9幅，也可以为9幅以上，如10幅等。
步骤S102：提取所述多幅编码图像同一像素位置的光强变化序列；
将所述双目相机采集到的多幅编码图像都存入一个三维矩阵A＝[H,W,N]中，其中，H，W为编码图像像素位置的坐标，N为编码图像的编号。所述三维矩阵的矩阵元素为多幅编码图像的每个像素位置的光强，多幅编码图像同一个像素位置的光强为矩阵不同N值下相同H，W值所对应的元素；多幅编码图像同一像素位置的光强变化序列为：
其中，A为幅值，B为直流分量，为相位值，f2为光强变化频率，且f1＝f2。
步骤S103：获取所述光强变化序列经过快速傅里叶变换运算后的最大幅值，以便得出所述最大幅值对应的相位；
步骤S104：遍历所述多幅编码图像中各个相同像素位置，从而获取所述多幅编码图像中各个像素位置的相位。
本实施例所提供的立体视觉图像编解码的方法，根据实际情况进行相移图案编码，然后将相移图案投影到被测区域，使用已完成标定的双目摄像系统采集编码后的多幅图像；提取多幅图像同一像素位置的光强变化序列，并去除其直流分量；然后对同一像素位置的光强变化序列进行快速傅里叶变换，根据最大幅值，进一步求解其对应的相位。通过本实施例所提供的方法，可以简单快速精确地求解出多幅编码图像同一像素位置的光强变化序列的相位；解决了现有技术中基于相位测量进行三维重建时相位求解精度低，计算复杂度高等问题。
请参考图2，图2为本发明所提供的立体视觉图像编解码的方法的第一种具体实施例的流程图；在上述具体实施例的基础上，本实施例在提取到所述多幅编码图像同一像素位置的光强变化序列后，去除了直流分量B，以减少对后续光强变化序列进行快速傅里叶变化求解相位的干扰。本实施例的具体操作步骤为：
步骤S201：将随着时间发生正弦周期变化的结构光图案投影至双目相机的测量区域，以便于通过所述双目相机的任意一个相机及预设的采样间隔采集多幅编码图像；
步骤S202：提取所述多幅编码图像同一像素位置的光强变化序列；
所述多幅编码图像同一像素位置的光强变化序列为其中，A为幅值，B为直流分量，为相位值，f2为光强变化频率。
步骤S203：去除所光强变化序列的直流分量；
去除所述光强变化序列的直流分量B后的光强变化序列I'为
步骤S204：对去除所述直流分量的光强变化序列进行快速傅里叶变换运算，从而计算每个采样点的幅值与相位；
用复数形式z＝a+bi表示所述光强变化序列I'进行快速傅里叶变换运算后得到的采样点，其中a为复数z的实部，b为复数z的虚部，i为虚部单位；
其中，z的模值为z的幅值为A'm＝2|z|/n，n为采样点数，z的相位值为
步骤S205：根据每个采样点的幅值与相位，获取最大幅值所对应的相位作为所述多幅编码图像同一像素位置的光强变化序列的相位；
获取最大幅值A'm'所对应的相位所述相位为所述多幅编码图像同一像素位置的光强变化序列I'的相位。
步骤S206：遍历所述多幅编码图像中各个相同像素位置，从而获取所述多幅编码图像中各个像素位置的相位。
遍历所述多幅编码图像中各个相同像素位置，从而使每行中的每个像素位置都得到各自不同的光强变化序列相位。
本实施例为了克服现有基于相位测量的三维重建过程中相位求解精度低，计算复杂度高等问题，使用快速傅里叶变换简单快速精准求解出使用双目摄像系统采集的多幅编码图像同一像素位置光强变化序列的相位；并且本实施例在提取到所述多幅编码图像同一像素位置的光强变化序列后，去除了直流分量，以减少对后续光强变化序列进行快速傅里叶变化求解相位的干扰，从而使相位求解的结果更加精确。
请参考图3，图3为本发明实施例提供的一种立体视觉图像编解码的装置的结构框图；具体装置可以包括：
采样模块100，用于将随时间发生正弦周期变化的结构光图案将被测物体投影至双目相机的测量区域，以便于通过所述双目相机的任意一个相机及预设的采样间隔采集多幅编码图像；
提取模块200，用于提取多幅编码图像同一像素位置的光强变化序列；
计算模块300，用于获取所述光强变化序列经过快速傅里叶变换运算后的最大幅值，以便得出所述最大幅值对应的相位；
遍历模块400，用于遍历所述多幅编码图像中各个相同像素位置，从而获取所述多幅编码图像中各个像素位置的相位。
本实施例的立体视觉图像编解码装置用于实现前述的立体视觉图像编解码方法，因此立体视觉图像编解码装置中的具体实施方式可见前文中的立体视觉图像编解码方法的实施例部分，例如，采样模块100，提取模块200，计算模块300，遍历模块400，分别用于实现上述立体视觉图像编解码方法中步骤S101，S102，S103和S104，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再赘述。
本发明具体实施例还提供了一种立体视觉图像编解码的设备，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述一种立体视觉图像编解码的方法的步骤。
本发明具体实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述一种立体视觉图像编解码的方法的步骤。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本发明所提供的立体视觉图像编解码的方法、装置、设备以及计算机可读存储介质进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种立体视觉图像编解码的方法，其特征在于，包括：
将随时间发生正弦周期变化的结构光图案投影至双目相机的测量区域，以便于通过所述双目相机的任意一个相机及预设的采样间隔采集多幅编码图像；
提取所述多幅编码图像同一像素位置的光强变化序列；
获取所述光强变化序列经过快速傅里叶变换运算后的最大幅值，以便得出所述最大幅值对应的相位；
遍历所述多幅编码图像中各个相同像素位置，从而获取所述多幅编码中各个像素位置的相位。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述随时间发生正弦周期变化的结构光图案通过
表示；
其中，x为结构光图案的横坐标，y为结构光图案的纵坐标，f1为结构光信号的变化频率，t为时间；
为结构光图案上某一位置的编码相位；其中，表示起始相位值，表示单位距离的编码相位变化量。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设的采样间隔Δt小于1/2f1。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述提取多幅编码图像同一像素位置的光强变化序列包括：
将所述多幅编码图像全部存入一个三维矩阵A＝[H,W,N]中，其中，H，W为编码图像像素位置的坐标，N为编码图像的编号；
所述三维矩阵的矩阵元素为多幅编码图像的每个像素位置的光强，多幅编码图像同一个像素位置的光强为矩阵不同N值下相同H，W值所对应的元素；
多幅编码图像同一像素位置的光强变化序列为其中，A为幅值，B为直流分量，为相位值，f2为光强变化频率，且f1＝f2。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述提取多幅编码图像同一像素位置的光强变化序列后还包括去除所述光强变化序列的直流分量，所述光强变化序列的直流分量为多幅编码图像同一像素位置的光强的平均值；
去除所述光强变化序列的直流分量B后的光强变化序列I'为
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述获取所述光强变化序列经过快速傅里叶变换运算后的最大幅值包括：
用复数z＝a+bi表示所述光强变化序列I'进行快速傅里叶变换运算后得到的采样点，其中a为复数z的实部，b为复数z的虚部，i为虚部单位；
其中，z的模值为z的幅值为A'm＝2|z|/n，n为采样点数，z的相位值为
计算各个采样点的幅值，获取最大幅值A'm'所对应的相位所述相位为所述多幅编码图像同一像素位置的光强变化序列I'的相位。
7.一种立体视觉图像编解码的装置，其特征在于，包括：
采样模块，用于将随时间发生正弦周期变化的结构光图案投影至双目相机的测量区域，以便于通过所述双目相机的任意一个相机及预设的采样间隔采集多幅编码图像；
提取模块，用于提取多幅编码图像同一像素位置的光强变化序列；
计算模块，用于获取所述光强变化序列经过快速傅里叶变换运算后的最大幅值，以便得出所述最大幅值对应的相位；
遍历模块，用于遍历所述多幅编码图像中各个相同像素位置，从而获取所述多幅编码图像中各个像素位置的相位。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述随时间发生正弦周期变化的结构光图案通过
表示；
其中，x为结构光图案的横坐标，y为结构光图案的纵坐标，f1为结构光信号的变化频率，t为时间；
为结构光图案上某一位置的编码相位；其中，表示起始相位值，表示单位距离的编码相位变化量。
9.一种立体视觉图像编解码的设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述一种立体视觉图像编解码的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述一种立体视觉图像编解码的方法的步骤。
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