CN111707192B - 正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码方法、装置及计算机可读存储介质。其中，方法包括按照基于正弦相移的相移间隔和正弦编码图像中预设像元位置的灰度值确定的预设编码规则对正弦相移区域进行区域划分及区域编码，建立正弦相移的相对相位与正弦相移周期的区域编码之间的对应关系。在正弦相移与格雷码结合的过程中，预先设置格雷码最小编码周期小于正弦相移周期，且设置格雷码最小编码周期边界位于正弦相移区域的中部区域范围，以使格雷码最小编码周期边界与正弦相移区域边界间存在多个像元的周期错位容错范围。基于正弦相移的相对相位和格雷码计算待测物空间的绝对相位，从而有效提高待测物三维测量的精度和密度。
Description
技术领域
本申请涉及三维测量技术领域，特别是涉及一种正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码方法、装置及计算机可读存储介质。
背景技术
基于结构光投影的三维测量技术具有非接触、高效率和低成本等优点，被广泛应用在工业测量、模具制造、医学影像、文物重建等领域。结构光的编码方法决定了三维测量的采样密度、精度和效率，是基于结构光投影的三维测量技术的重要基础。随着DLP数字投影技术的快速发展，结构光编码的灵活性和多样性大大增加，现有的结构光编码方法包括格雷码、正弦相移、梯形相移、三角相移以及格雷码与相移结合等，不同的编码方法有着不同的优点和缺点。
其中，采用正弦相移对称结合格雷码的编码方法继承了正弦相移的高采样密度优点，解决了绝对相位展开的困难，提高了绝对相位的测量精度，因此在高精度和高采样密度的三维测量中被广泛应用。正弦相移对称结合格雷码的编码方法要求正弦相移周期与格雷码最小编码周期相等，且边界对齐。正弦相移绝对相位的解码方法如
所示，Φ代表正弦相移的绝对相位，k代表格雷码码值，
代表正弦相移单周期内的相对相位。
但是，在实际应用过程中，受测试环境背景辐射噪声和阈值选取等因素的影响，格雷码和正弦相移周期边界不可避免地存在判别误差，从而产生格雷码与正弦相移的周期错位。当周期边界某像元位置的格雷码码值存在Δk＝±1的误差时，该位置的绝对相位产生ΔΦ＝±2π的解码误差。
相关技术为了解决这一问题提出了不同的周期错位误差校正方法。一种方法是通过比较相邻像元间的格雷码和绝对相位，识别格雷码和相位的突变点，并跟据突变情况确定绝对相位的校正方案。这种方法的校正过程复杂，需要消耗大量的计算时间，并且具有一定的局限性。由于只能通过相邻像元间的格雷码和相位识别周期错位，当周期错位超过一个像元时，部分像元位置的解码误差无法得到校正。有时一些正确的码值或相位突变会被误判为周期错位，从而发生错误的校正现象。另外一种方法通过格雷码与梯形相移的对称与非对称结合方法改善组合编码存在的周期错位现象。但是由于梯形相移只能将最小格雷码编码单元六细分，因此其在采样密度和测量精度上与具有连续相位变化的正弦相移存在较大差距，难以适用于具有高频率三维信息变化的物体表面的高精度三维测量。
鉴于此，如何在解决正弦相移对称结合格雷码存在周期错位误差导致周期边缘位置解码精度降低的基础上，避免相关技术在采样密度和测量精度上存在的固有缺陷，有效提高了三维测量的精度和密度，是所属领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本申请提供了一种正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码方法、装置及计算机可读存储介质，有效消除了组合编码存在的周期错位现象，可用于物体表面高密度、高精度的三维信息测量。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：
本发明实施例一方面提供了一种正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码方法，包括：
按照预设编码规则对正弦相移区域进行区域划分及区域编码，同时建立正弦相移的相对相位与正弦相移周期的区域编码之间的对应关系；
在所述正弦相移与格雷码结合的过程中，预先设置所述格雷码最小编码周期小于所述正弦相移周期，且设置所述格雷码最小编码周期边界位于所述正弦相移区域的中部区域范围；
基于所述正弦相移的相对相位和所述格雷码码值计算待测物空间的绝对相位，以用于根据所述绝对相位计算待测物表面的三维信息；
其中，所述预设编码规则基于所述正弦相移的相移间隔和正弦编码图像中预设像元位置的灰度值确定；所述中部区域范围满足使所述格雷码最小编码周期边界与所述正弦相移区域边界之间存在多个像元的周期错位容错范围以避免所述格雷码码值与正弦相移区域码码值同时变化的条件。
可选的，所述正弦相移为四步正弦相移，所述按照预设编码规则对正弦相移区域进行区域划分及区域编码包括：
对每个正弦相移周期，将当前正弦相移周期划分为第一区域、第二区域、第三区域和第四区域；
基于多幅正弦编码图像中预设像元位置的灰度值之间的数值关系对所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域和所述第四区域进行编码；
其中，所述第一区域的取值范围为I4-I2≥0，I1-I3＞0；所述第二区域的取值范围为I4-I2＞0，I1-I3≤0；所述第三区域的取值范围为I4-I2≤0，I1-I3＜0；所述第四区域的取值范围为I4-I2＜0，I1-I3≥0；I1为第一幅正弦编码图案中预设像元位置的灰度值，I2为第二幅正弦编码图案中预设像元位置的灰度值，I3为第三幅正弦编码图案中预设像元位置的灰度值，I4为第四幅正弦编码图案中预设像元位置的灰度值。
可选的，所述建立正弦相移的相对相位与正弦相移周期的区域编码之间的对应关系包括：
利用相对相位解码关系式建立所述正弦相移的相对相位与所述正弦相移周期的区域编码之间的对应关系，所述相对相位解码关系式为：
式中，
为所述相对相位，fix()表示向下取整，N为所述正弦相移区域编码的码值，N＝1、2、3、4。
可选的，所述设置所述格雷码最小编码周期边界位于所述正弦相移区域的中部区域范围包括：
预先设置所述格雷码的最小编码周期边界分别位于所述正弦相移两个区域的中心位置；
其中，所述格雷码的最小编码周期与所述正弦相移周期的位置对应关系为：
所述格雷码的最小编码周期占据4*n像元位置，单周期正弦相移占据4*m像元位置，m和n满足
可选的，所述正弦相移为四步正弦相移，所述基于所述正弦相移的相对相位和所述格雷码码值计算待测物空间的绝对相位包括：
基于绝对相位计算关系式计算所述待测物空间的绝对相位，所述绝对相位计算关系式为：
式中，Φ为所述绝对相位，k为所述格雷码码值，k＝0，1，2，…，31，
为所述相对相位，fix()表示向下取整，N为所述正弦相移区域编码的码值，N＝1、2、3、4。
本发明实施例另一方面提供了一种正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码装置，包括：
相移区域编码模块，用于按照预设编码规则对正弦相移区域进行区域划分及区域编码，所述预设编码规则基于所述正弦相移的相移间隔和正弦编码图像中预设像元位置的灰度值确定；
相对相位与区域编码关系建立模块，用于建立所述正弦相移的相对相位与正弦相移周期的区域编码之间的对应关系；
周期参数设置模块，用于在所述正弦相移与格雷码结合的过程中，预先设置所述格雷码最小编码周期小于所述正弦相移周期，且设置所述格雷码最小编码周期边界位于所述正弦相移区域的中部区域范围；所述中部区域范围满足使所述格雷码最小编码周期边界与所述正弦相移区域边界之间存在多个像元的周期错位容错范围以避免所述格雷码码值与所述正弦相移区域码码值同时变化的条件；
绝对相位计算模块，用于基于所述正弦相移的相对相位和所述格雷码码值计算待测物空间的绝对相位，以用于根据所述绝对相位计算待测物表面的三维信息。
可选的，所述相移区域编码模块包括：
区域划分子模块，用于对每个正弦相移周期，将当前正弦相移周期划分为第一区域、第二区域、第三区域和第四区域；
区域编码子模块，用于基于多幅正弦编码图像中预设像元位置的灰度值之间的数值关系对所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域和所述第四区域进行编码；所述第一区域的取值范围为I4-I2≥0，I1-I3＞0；所述第二区域的取值范围为I4-I2＞0，I1-I3≤0；所述第三区域的取值范围为I4-I2≤0，I1-I3＜0；所述第四区域的取值范围为I4-I2＜0，I1-I3≥0；I1为第一幅正弦编码图案中预设像元位置的灰度值，I2为第二幅正弦编码图案中预设像元位置的灰度值，I3为第三幅正弦编码图案中预设像元位置的灰度值，I4为第四幅正弦编码图案中预设像元位置的灰度值。
可选的，所述绝对相位计算模块为基于绝对相位计算关系式计算所述待测物空间的绝对相位的模块，所述绝对相位计算关系式为：
式中，Φ为所述绝对相位，k为所述格雷码码值，k＝0，1，2，…，31，
为所述相对相位，fix()表示向下取整，N为所述正弦相移区域编码的码值，N＝1、2、3、4。
本发明实施例还提供了一种正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码装置，包括处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如前任一项所述正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码方法的步骤。
本发明实施例最后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正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码程序，所述正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码程序被处理器执行时实现如前任一项所述正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码方法的步骤。
本申请提供的技术方案的优点在于，在正弦相移与格雷码结合的过程中设置格雷码最小编码周期与正弦相移周期之间的周期对应关系和位置对应关系，其正弦相移周期大于格雷码最小编码周期，且格雷码最小编码周期边界分别位于正弦相移两个区域的中部区域，避免格雷码码值与正弦相移区域码码值同时变化，即使一个编码的判读产生了误差，仍可通过另一个不变的编码抑制周期错位误差的产生，从而有效消除了正弦相移和格雷码周期边界处的周期错位误差，有效提高了三维测量的精度和密度，解决正弦相移对称结合格雷码存在周期错位误差导致周期边缘位置解码精度降低的基础上，避免相关技术在采样密度和测量精度上存在的固有缺陷。
此外，本发明实施例还针对正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码方法提供了相应的实现装置及计算机可读存储介质，进一步使得所述方法更具有实用性，所述装置及计算机可读存储介质具有相应的优点。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或相关技术的技术方案，下面将对实施例或相关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为本发明实施例提供的一种正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一个示例性应用场景的正弦相移区域划分示意图；
图3为本发明实施例提供的一个示例性应用场景的四步正弦相移非对称结合格雷码的示意图；
图4为本发明实施例提供的正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码装置的一种具体实施方式结构图；
图5为本发明实施例提供的正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码装置的另一种具体实施方式结构图。
具体实施方式
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。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。
在介绍了本发明实施例的技术方案后，下面详细的说明本申请的各种非限制性实施方式。
首先参见图1，图1为本发明实施例提供的一种正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码方法的流程示意图，本发明实施例可包括以下内容：
S101：按照预设编码规则对正弦相移区域进行区域划分及区域编码，同时建立正弦相移的相对相位与正弦相移周期的区域编码之间的对应关系。
为了解决相关技术存在的技术弊端，本申请先对正弦相移进行区域划分，划分区域总个数与基于正弦相移区域的实际情况进行确定，例如四步正弦相移可划分为四个区域。对正弦相移划分区域后，可对各区域进行编码，编码规则可基于正弦相移的相移间隔和正弦编码图像中预设像元位置的灰度值进行确定。也就是说，在对正弦相移区域进行编码时，可基于正弦相移的相移间隔和正弦编码图像中预设像元位置的灰度值确定各个编码区域的取值范围。在编码完成后，建立正弦相移的相对相位与正弦相移周期的区域编码之间的对应关系，例如可基于正弦编码图像中预设像元位置的灰度值构建二者之间的数学关系，从而可得到正弦相移的相对相位。
S102：在正弦相移与格雷码结合的过程中，预先设置格雷码最小编码周期小于正弦相移周期，且设置格雷码最小编码周期边界位于正弦相移区域的中部区域范围。
可以理解的是，由于实际环境中背景噪声影响导致格雷码和正弦相移存在周期错位，而基于要求正弦相移周期与格雷码最小编码周期相等且边界对齐的现有技术不可避免地会存在解码误差，造成三维测量精度较低。在本申请中，格雷码最小编码周期边界只要位于正弦相移区域的中部区域即可，不受外界环境影响，解决相关技术周期错位导致的测量精度低的弊端。本申请的中部区域范围的选择要满足使格雷码最小编码周期边界与正弦相移区域边界之间存在多个像元的周期错位容错范围以避免格雷码码值与正弦相移区域码码值同时变化的条件，也即格雷码最小编码周期边界在以正弦相移区域中心位置x0为中心的邻域内。本步骤对格雷码最小编码周期和正弦相移周期的对应关系进行了限定，只要在该邻域内，格雷码码值与正弦相移区域码码值便不会同时变化，即使一个编码的判读产生了误差，仍可通过另一个不变的编码抑制周期错位误差的产生，从而从原理上消除组合编码存在的周期错位现象。
S103：基于正弦相移的相对相位和格雷码码值计算待测物空间的绝对相位，以用于根据绝对相位计算待测物表面的三维信息。
本申请中的格雷码为格雷码码值，格雷码的解码过程例如可为先转化为二进制码，然后在转化为十进制数得到格雷码码值。根据S102计算得到的正弦相移的相对相位和解码后的格雷码值计算待测物空间的绝对相位，基于该绝对相位计算后续的三维坐标信息。
在本发明实施例提供的技术方案中，在正弦相移与格雷码结合的过程中通过预先设置格雷码最小编码周期与正弦相移周期之间的周期对应关系和位置对应关系，其正弦相移周期大于格雷码最小编码周期，且格雷码最小编码周期边界分别位于正弦相移两个区域的中部区域，避免格雷码码值与正弦相移区域码码值同时变化，即使一个编码的判读产生了误差，仍可通过另一个不变的编码抑制周期错位误差的产生，从而有效消除了正弦相移和格雷码周期边界处的周期错位误差，有效提高了三维测量的精度和密度，解决正弦相移对称结合格雷码存在周期错位误差导致周期边缘位置解码精度降低的基础上，避免相关技术在采样密度和测量精度上存在的固有缺陷。
需要说明的是，本申请中各步骤之间没有严格的先后执行顺序，只要符合逻辑上的顺序，则这些步骤可以同时执行，也可按照某种预设顺序执行，图1只是一种示意方式，并不代表只能是这样的执行顺序。
在上述实施例中，对于如何执行正弦相移的区域编解码和绝对相位的计算过程并不做限定，本实施例以四步正弦相移为例给出一种区域编解码方法和绝对相位的计算方法，可包括下述内容：
四步正弦相移的每次相移间隔为1/4正弦周期，可将每个正弦相移周期均划分为四个区域，区域编码N例如可分别取值0、1、2、3，如图2所示。也即对每个正弦相移周期，将当前正弦相移周期划分为第一区域N＝0、第二区域N＝1、第三区域N＝2和第四区域N＝3。基于多幅正弦编码图像中预设像元位置的灰度值之间的数值关系对第一区域、第二区域、第三区域和第四区域进行编码，四步正弦相移区域码的编码规则可如表1所示。
其中，第一区域的取值范围为I4-I2≥0，I1-I3＞0；第二区域的取值范围为I4-I2＞0，I1-I3≤0；第三区域的取值范围为I4-I2≤0，I1-I3＜0；第四区域的取值范围为I4-I2＜0，I1-I3≥0；I1为第一幅正弦编码图案中预设像元位置的灰度值，I2为第二幅正弦编码图案中预设像元位置的灰度值，I3为第三幅正弦编码图案中预设像元位置的灰度值，I4为第四幅正弦编码图案中预设像元位置的灰度值。
表1正弦相移区域码的编码规则
| 区域码 | 取值条件 |
| N＝0 | I<sub>4</sub>-I<sub>2</sub>≥0，I<sub>1</sub>-I<sub>3</sub>＞0 |
| N＝1 | I<sub>4</sub>-I<sub>2</sub>＞0，I<sub>1</sub>-I<sub>3</sub>≤0 |
| N＝2 | I<sub>4</sub>-I<sub>2</sub>≤0，I<sub>1</sub>-I<sub>3</sub>＜0 |
| N＝3 | I<sub>4</sub>-I<sub>2</sub>＜0，I<sub>1</sub>-I<sub>3</sub>≥0 |
基于上述编码规则，可利用相对相位解码关系式计算正弦相移的相对相位，也即建立正弦相移的相对相位与正弦相移周期的区域编码之间的如下所述的一种数学关系，相对相位解码关系式可表示为：
式中，
为相对相位，N为正弦相移区域编码的码值，N＝1、2、3、4，fix()表示向下取整，例如
作为一种可选的实施方式，格雷码的最小编码周期边界可分别位于正弦相移两个区域的中心位置，若格雷码的最小编码周期占据4*n像元位置，单周期正弦相移占据4*m像元位置，对于4*m来说，该关系式中的4为正弦相移划分的区域总个数，为了保证格雷码的最小编码周期与正弦相移周期的位置对应关系为格雷码最小编码周期边界分别位于正弦相移两个区域的中间位置，则m和n满足
以四步正弦相移非对称结合五位格雷码为例，若取m＝8、n＝6，即格雷码图像的最小编码周期占24个像元，而正弦相移周期占32个像元，格雷码与正弦相移的非对称结合关系如图3所示。图中，k＝0的格雷码周期左边界刚好位于N＝0的正弦相移区域中心，右边界刚好位于N＝3的正弦相移区域中心，格雷码边界与正弦相移区域边界之间存在±4个像元的周期错位容错范围，用于避免格雷码码值与正弦相移区域码码值同时变化。图3展示了k＝0的格雷码周期与正弦相移的非对称结合关系，对于其他的格雷码周期，其左右边界与正弦相移区域码的对应关系如表2所示。
表2格雷码周期边界与正弦相移区域码的对应关系
对于正弦相移为四步正弦相移，基于相对相位和格雷码可利用绝对相位计算关系式计算待测物空间的绝对相位，绝对相位计算关系式可表示为：
式中，Φ为绝对相位，k为格雷码码值，k＝0，1，2，…，31，
为相对相位，fix()表示向下取整，N为正弦相移区域编码的码值，N＝0、1、2、3。
由上可知，格雷码或正弦相移区域码产生一个码值的误差导致绝对相位π/16的解码误差，该误差仅为正弦相移对称结合格雷码编解码方法周期错位误差的1/32，与单周期相对相位的解码误差一致，因此可以说本申请技术方案从原理上消除了周期错位误差的产生。与现有的梯形相移非对称结合格雷码编解码方法相比较，具有更高的测量采样密度(梯形相移只能将最小格雷码编码单元六细分，而正弦相移可对格雷码进行像元级细分)，因此本申请技术方案尤其适用于具有高密度、高精度测量需求的应用场景。
还需要说明的是，可以理解的是，不同正弦相移对应的编码规则、相位解码关系式和绝对相位计算关系式形式不同，上述只是针对具体实例四步正弦相移提供了表达形式，对于诸如五步正弦相移，所属领域技术人员基于本申请的技术构思结合公知常数便可得知相应的表达形式，此处，便不再赘述。
此外，为了验证本申请技术方案的有效性和实用性，本申请还基于3ds Max进行了仿真实验，基于仿真实验结果可知，在采用非对称结合编码方法对平面和曲面进行测量时，其测量误差均远小于对称结合编码配合周期错位校正的方法，其中最大测量误差减小约一个数量级，均方测量误差减小约70％以上，证明本申请技术方案实用有效。
本发明实施例还针对正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码方法提供了相应的装置，进一步使得所述方法更具有实用性。其中，装置可从功能模块的角度和硬件的角度分别说明。下面对本发明实施例提供的正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码装置进行介绍，下文描述的正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码装置与上文描述的正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码方法可相互对应参照。
基于功能模块的角度，参见图4，图4为本发明实施例提供的正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码装置在一种具体实施方式下的结构图，该装置可包括：
相移区域编码模块401，用于按照预设编码规则对正弦相移区域进行区域划分及区域编码，预设编码规则基于正弦相移的相移间隔和正弦编码图像中预设像元位置的灰度值确定。
相对相位与区域编码关系建立模块402，用于建立正弦相移的相对相位与正弦相移周期的区域编码之间的对应关系。
周期参数设置模块403，用于在正弦相移与格雷码结合的过程中，预先设置格雷码最小编码周期小于正弦相移周期，且设置格雷码最小编码周期边界位于正弦相移区域的中部区域范围；中部区域范围满足使格雷码最小编码周期边界与正弦相移区域边界之间存在多个像元的周期错位容错范围以避免格雷码码值与正弦相移区域码码值同时变化的条件。
绝对相位计算模块404，用于基于正弦相移的相对相位和格雷码码值计算待测物空间的绝对相位，以用于根据绝对相位计算待测物表面的三维信息。
可选的，在本发明实施例的一些实施方式中，所述相移区域编码模块401可包括：
区域划分子模块，用于对每个正弦相移周期，将当前正弦相移周期划分为第一区域、第二区域、第三区域和第四区域；
区域取值确定子模块，用于基于多幅正弦编码图像中预设像元位置的灰度值之间的数值关系对第一区域、第二区域、第三区域和第四区域进行编码；所述第一区域的取值范围为I4-I2≥0，I1-I3＞0；所述第二区域的取值范围为I4-I2＞0，I1-I3≤0；所述第三区域的取值范围为I4-I2≤0，I1-I3＜0；所述第四区域的取值范围为I4-I2＜0，I1-I3≥0；I1为第一幅正弦编码图案中预设像元位置的灰度值，I2为第二幅正弦编码图案中预设像元位置的灰度值，I3为第三幅正弦编码图案中预设像元位置的灰度值，I4为第四幅正弦编码图案中预设像元位置的灰度值。
在本发明实施例的一些实施方式中，所述相对相位与区域编码关系建立模块402还可为利用相对相位解码关系式建立正弦相移的相对相位与所述正弦相移周期的区域编码之间的对应关系的模块，相对相位解码关系式可表示为：
式中，
为相对相位，N为正弦相移区域编码的码值，N＝1、2、3、4，fix()表示向下取整。
在本发明实施例的其他一些实施方式中，周期参数设置模块403还可为预先设置格雷码的最小编码周期边界分别位于正弦相移两个区域的中心位置的模块；其中，格雷码的最小编码周期与正弦相移周期的位置对应关系为：
格雷码的最小编码周期占据4*n像元位置，单周期正弦相移占据4*m像元位置，m和n满足
可选的，在本发明实施例的另一些实施方式中，所述绝对相位计算模块404可为基于绝对相位计算关系式计算待测物空间的绝对相位的模块，绝对相位计算关系式可表示为：
式中，Φ为绝对相位，k为格雷码码值，k＝0，1，2，…，31，
为相对相位，fix()表示向下取整，N为正弦相移区域编码的码值，N＝1、2、3、4。
本发明实施例所述正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码装置的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。
由上可知，本发明实施例有效消除了组合编码存在的周期错位现象，可用于物体表面高密度、高精度的三维信息测量。
上文中提到的正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码装置是从功能模块的角度描述，进一步的，本申请还提供一种正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码装置，是从硬件角度描述。图5为本申请实施例提供的另一种正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码装置的结构图。如图5所示，该装置包括存储器50，用于存储计算机程序；
处理器51，用于执行计算机程序时实现如上述任一实施例提到的正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码方法的步骤。
其中，处理器51可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器51可以采用DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)、FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、PLA(Programmable Logic Array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器51也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器51可以在集成有GPU(Graphics Processing Unit，图像处理器)，GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器51还可以包括AI(Artificial Intelligence，人工智能)处理器，该AI处理器用于处理有关机器学习的计算操作。
存储器50可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器50还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。本实施例中，存储器50至少用于存储以下计算机程序501，其中，该计算机程序被处理器51加载并执行之后，能够实现前述任一实施例公开的正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码方法的相关步骤。另外，存储器50所存储的资源还可以包括操作系统502和数据503等，存储方式可以是短暂存储或者永久存储。其中，操作系统502可以包括Windows、Unix、Linux等。数据503可以包括但不限于测试结果对应的数据等。
在一些实施例中，正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码装置还可包括有显示屏52、输入输出接口53、通信接口54、电源55以及通信总线56。
本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构并不构成对正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码装置的限定，可以包括比图示更多或更少的组件，例如传感器57。
本发明实施例所述正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码装置的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。
由上可知，本发明实施例有效消除了组合编码存在的周期错位现象，可用于物体表面高密度、高精度的三维信息测量。
可以理解的是，如果上述实施例中的正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码方法以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
基于此，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码程序，所述正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码程序被处理器执行时如上任意一实施例所述正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码方法的步骤。
本发明实施例所述计算机可读存储介质的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。
由上可知，本发明实施例有效消除了组合编码存在的周期错位现象，可用于物体表面高密度、高精度的三维信息测量。
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。
以上对本申请所提供的一种正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码方法、装置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，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码方法，其特征在于，包括：
按照预设编码规则对正弦相移区域进行区域划分及区域编码，同时建立正弦相移的相对相位与正弦相移周期的区域编码之间的对应关系；
在所述正弦相移与格雷码结合的过程中，预先设置所述格雷码最小编码周期小于所述正弦相移周期，且设置所述格雷码最小编码周期边界位于所述正弦相移区域的中部区域范围；
基于所述正弦相移的相对相位和所述格雷码码值计算待测物空间的绝对相位，以用于根据所述绝对相位计算待测物表面的三维信息；
其中，所述预设编码规则基于所述正弦相移的相移间隔和正弦编码图像中预设像元位置的灰度值确定；所述中部区域范围满足使所述格雷码最小编码周期边界与所述正弦相移区域边界之间存在多个像元的周期错位容错范围以避免所述格雷码码值与正弦相移区域码码值同时变化的条件；所述正弦相移为四步正弦相移，所述基于所述正弦相移的相对相位和所述格雷码码值计算待测物空间的绝对相位包括：
基于绝对相位计算关系式计算所述待测物空间的绝对相位，所述绝对相位计算关系式为：
式中，Φ为所述绝对相位，k为所述格雷码码值，k＝0，1，2，…，31，
为所述相对相位，fix()表示向下取整，N为所述正弦相移区域编码的码值，N＝1、2、3、4。
2.根据权利要求1所述的正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码方法，其特征在于，所述正弦相移为四步正弦相移，所述按照预设编码规则对正弦相移区域进行区域划分及区域编码包括：
对每个正弦相移周期，将当前正弦相移周期划分为第一区域、第二区域、第三区域和第四区域；
基于多幅正弦编码图像中预设像元位置的灰度值之间的数值关系对所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域和所述第四区域进行编码；
其中，所述第一区域的取值范围为I4-I2≥0，I1-I3＞0；所述第二区域的取值范围为I4-I2＞0，I1-I3≤0；所述第三区域的取值范围为I4-I2≤0，I1-I3＜0；所述第四区域的取值范围为I4-I2＜0，I1-I3≥0；I1为第一幅正弦编码图案中预设像元位置的灰度值，I2为第二幅正弦编码图案中预设像元位置的灰度值，I3为第三幅正弦编码图案中预设像元位置的灰度值，I4为第四幅正弦编码图案中预设像元位置的灰度值。
3.根据权利要求2所述的正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码方法，其特征在于，所述建立正弦相移的相对相位与正弦相移周期的区域编码之间的对应关系包括：
利用相对相位解码关系式建立所述正弦相移的相对相位与所述正弦相移周期的区域编码之间的对应关系，所述相对相位解码关系式为：
式中，
为所述相对相位，fix()表示向下取整，N为所述正弦相移区域编码的码值，N＝1、2、3、4。
4.根据权利要求2所述的正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码方法，其特征在于，所述设置所述格雷码最小编码周期边界位于所述正弦相移区域的中部区域范围包括：
预先设置所述格雷码的最小编码周期边界分别位于所述正弦相移两个区域的中心位置；
其中，所述格雷码的最小编码周期与所述正弦相移周期的位置对应关系为：
所述格雷码的最小编码周期占据4*n像元位置，单周期正弦相移占据4*m像元位置，m和n满足
5.一种正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码装置，其特征在于，包括：
相移区域编码模块，用于按照预设编码规则对正弦相移区域进行区域划分及区域编码，所述预设编码规则基于所述正弦相移的相移间隔和正弦编码图像中预设像元位置的灰度值确定；
相对相位与区域编码关系建立模块，用于建立所述正弦相移的相对相位与正弦相移周期的区域编码之间的对应关系；
周期参数设置模块，用于在所述正弦相移与格雷码结合的过程中，预先设置所述格雷码最小编码周期小于所述正弦相移周期，且设置所述格雷码最小编码周期边界位于所述正弦相移区域的中部区域范围；所述中部区域范围满足使所述格雷码最小编码周期边界与所述正弦相移区域边界之间存在多个像元的周期错位容错范围以避免所述格雷码码值与所述正弦相移区域码码值同时变化的条件；
绝对相位计算模块，用于基于所述正弦相移的相对相位和所述格雷码码值计算待测物空间的绝对相位，以用于根据所述绝对相位计算待测物表面的三维信息；所述绝对相位计算模块进一步用于：所述正弦相移为四步正弦相移，基于绝对相位计算关系式计算所述待测物空间的绝对相位，所述绝对相位计算关系式为：
式中，Φ为所述绝对相位，k为所述格雷码码值，k＝0，1，2，…，31，
为所述相对相位，fix()表示向下取整，N为所述正弦相移区域编码的码值，N＝1、2、3、4。
6.根据权利要求5所述的正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码装置，其特征在于，所述相移区域编码模块包括：
区域划分子模块，用于对每个正弦相移周期，将当前正弦相移周期划分为第一区域、第二区域、第三区域和第四区域；
区域编码子模块，用于基于多幅正弦编码图像中预设像元位置的灰度值之间的数值关系对所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域和所述第四区域进行编码；所述第一区域的取值范围为I4-I2≥0，I1-I3＞0；所述第二区域的取值范围为I4-I2＞0，I1-I3≤0；所述第三区域的取值范围为I4-I2≤0，I1-I3＜0；所述第四区域的取值范围为I4-I2＜0，I1-I3≥0；I1为第一幅正弦编码图案中预设像元位置的灰度值，I2为第二幅正弦编码图案中预设像元位置的灰度值，I3为第三幅正弦编码图案中预设像元位置的灰度值，I4为第四幅正弦编码图案中预设像元位置的灰度值。
7.一种正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码装置，其特征在于，包括处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码方法的步骤。
8.一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正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码程序，所述正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述正弦相移非对称结合格雷码的结构光编解码方法的步骤。
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