一种基于双目视觉彩色条纹编码的解码方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双目视觉彩色条纹编码的解码方法，包括以下步骤：步骤1：采用双目相机拍摄投影图像；投影图像为2幅，即左图像和有图像；步骤2：对获取的投影图像进行预处理；所述的预处理是指采用中值滤波进行处理；步骤3：提取每条条纹的中心线；步骤4：识别条纹颜色对应的码字；步骤5：条纹匹配与视差计算；其中，步骤2～5分别对2幅图像进行处理。该基于双目视觉彩色条纹编码的解码方法能够求出中心线的亚像素级像素坐标和左右图像的像素级匹配，从而得到图像的视差矩阵。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双目视觉彩色条纹编码的解码方法
本专利技术涉及一种基于双目视觉彩色条纹编码的解码方法。
技术介绍
近二三十年以来，随着计算机技术的高速发展，计算机视觉的应用已经从固定的二维平面过渡到了直观灵活的立体三维。在生产高度自动化的工业时代传统的二维测量和三维接触式测量方法已经不能满足现代生产的需求，因此，现代化的工业生产对三维非接触式测量提出了迫切的需求。光学三维测量技术是一种非接触式测量，具有测量精度高，容易实现且能够测量表面复杂的物体等优点，所以光学三维测量技术已经广泛的应用于视觉导航、工业检测等领域。结构光测量技术是一种典型的光学测量方法，被广泛的应用于逆向工程、工业检测、艺术雕像外观恢复，医学整容美容等领域，随着三维测量技术的不断发展，测量精度的要求也越来越高。在工业检测领域中，比如涡轮机的叶片、汽车车身的震动、飞行器的机翼风洞测试引起的变形和震动等都需要对它们的关键部件的震动、变形、运动的三维信息进行测量，分析其性能，从而保证其质量和安全。而且我们还能对产品的设计和加工过程进行及时的反馈，进一步提高其技术性能。在产品设计过程中，人们也越来越注重面向客户的个性化设计如鞋子、服装、眼镜等行业通过获取人体的局部或者整体的三维信息，更加有利于产品个性化的设计与快速加工。目前，在三维测量领域中，大多数的测量方法都是基于被测物体表面特征的，效果比较好。但是，对被测物体表面无纹理或者纹理较少的物体的检测效果不理想。随着工业生产自动化的高速发展，工业上对于物体表面无纹理或者纹理较少的物体的检测需求越来越大，但是目前的三维检测技术并不能完全满足其需求。传统的双目视觉系统具有原理简单、操作方便的特性，但是在纹理稀疏的场景和对象中获取深度信息比较困难，匹配计算代价很大，匹配成功率不高，因此，有必要设计一种基于双目视觉彩色条纹编码的解码方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于双目视觉彩色条纹编码的解码方法，该基于双目视觉彩色条纹编码的解码方法能够求出中心线的亚像素级像素坐标和左右图像的像素级匹配，从而得到图像的视差矩阵。本方法是引入DeBruijn结构光投影到被测对象表面对象可以人为地增加被测对象表面的纹理特征。针对DeBruijn结构光与双目视觉结合的视觉方案而设计出的一种相匹配的解码方案。专利技术的技术解决方案如下：一种基于双目视觉彩色条纹编码的解码方法，包括以下步骤：步骤1：采用双目相机拍摄投影图像；投影图像为2幅，即左图像和有图像；步骤2：对获取的投影图像进行预处理；所述的预处理是指采用中值滤波进行处理；步骤3：提取每条条纹的中心线；步骤4：识别条纹颜色对应的码字；步骤5：条纹匹配与视差计算；其中，步骤2～5分别对2幅图像进行处理。2.根据权利要求1所述的基于双目视觉彩色条纹编码的解码方法，其特征在于，所述的步骤3包括以下步骤：步骤31：运用canny算子提取条纹边缘，保存边缘坐标；步骤32：对每行的每个条纹采用几何中心法提取算法，得到条纹的几何中心线，即粗略中心线：几何中心线为中心坐标点集；二值图像中的灰度值为255的坐标点集；步骤33：在条纹的粗略中心位置(即粗略中心线上的某一点)Pc处的左右两边各取m个像素，使它们之间宽度(2m+1)个像素对应的宽度大于条纹的宽度(如1.1～1.5倍条纹宽度)；采用自适应阈值法确定灰度阈值，将背景像素与条纹像素分离；步骤34：根据公式1计算条纹像素的梯度值G(x,y)；为条纹边界处的灰度阈值；步骤35：根据上文提到的公式2计算条纹像素的亚像素位置P(x,y)；步骤36：利用梯度重法提取中心线算法公式3计算条纹中心线的亚像素位置，其中G(x,y)是权重，P(x,y)为对应权重的梯度位置；因为所用条纹是竖条纹，并且是按行提取中心线的，所以行坐标是已知的，这里的亚像素位置公式是计算列坐标的。亚像素位置的行列坐标存放于Mat类图像中，图像中强度值非零点的坐标点集。步骤4中，基于HSI颜色空间的聚类算法对图像中的条纹的颜色进行聚类，各颜色对应的色调值H的范围如表1所示：表1HSI颜色空间颜色与色调角范围对应表表2颜色码字查找表基于表2，依据具体条纹颜色获取条纹对应的码字。步骤5包括如下步骤：步骤51：首先将左图像的中心线L1，匹配的时候是从最左边开始，这里只是取中间位置说明一下匹配过程(对应的码字为3)作为匹配起始条纹，图中所标段的编码序列为35121。。。,需要找到该条纹右边的相邻的n条条纹，组成目标窗口序列LP1(对应的窗口序列为351)，由于n条条纹组成一个目标窗口序列，匹配时是一个窗口与一个窗口进行匹配；步骤52：将左图像的目标窗口序列作为模板在右图像的条纹中心线图的相同行上进行遍历，若找到和目标窗口序列相同的匹配窗口序列RP2，即完成匹配；步骤53：左右图像已经匹配好的中心线对应点亚像素坐标的差值即为该点的视差；遍历整幅图像即得到了对应左右图像的视差矩阵。5.根据权利要求2所述的基于双目视觉彩色条纹编码的解码方法，其特征在于，步骤33中的自适应阈值法包括以下步骤：步骤a：先计算出图像中第x行上的第列至列范围内的灰度值I(x,y)的平均值Ia；步骤b：设Ith为条纹边界处的灰度阈值，Ith为条纹上的第列至列范围内的灰度值I(x,y)小于平均值Ia的像素点的灰度的平均值；采用Ith能够自适应的将条纹区域和背景区域分割开来。有益效果：本专利技术提供了一种基于双目视觉彩色条纹编码的解码方法。本专利技术解码方法匹配的编码方法，先通过计算机编码出De-Bruijn序列的彩色结构光条纹图案，并分离出其BGR每通道灰度条纹结构光分别投射至被测物体表面；再通过灰度相机获取上一步骤投射至被测物表面的结构光，将灰度相机获取的物体表面的BGR三通道的三幅灰度图合成一幅彩色结构光条纹图，完成编码过程。这种编码方法能明显提高后期解码过程中码字的提取条纹的识别的准确率与效率，增加系统的抗干扰能力与鲁棒性。生成彩色条纹编码图案满足下面几个条件：(1)任意相邻的两条条纹的颜色不相同；(2)任意一个由相邻的n条条纹组成的子序列在整个序列中不重复，即子序列在整个序列中是唯一的；(3)编码方案时颜色不过多，每种颜色的区分度很大，保证投射到被测物体表面的彩色条纹不容易受到被测物体表面颜色和环境光的干扰而产生误码，影响重建的精度。以上特点为后续条纹的边缘线或中心线的提取提供了有利条件，尤其是在被测物表面不连续或者深度信息急剧变化的情况下。在编码过程中，利用DeBruijn序列窗口的唯一性来确保子序列条纹在整幅编码图案中的唯一性，同时通过改进DeBruijn序列来确保相邻两条彩色条纹不相同。同时还通过引入黑色条纹间隔使彩色条纹边缘更加清晰，增强系统的抗干扰能力。虽然该编码方案的精度没有时空编码方法的精度高，但是通过加入颜色信息提高了三维重建的精度，增加了系统的干扰能力和鲁棒性，实现精确的条纹识别与匹配。根据DeBruijn序列生成一幅彩色编码图案，每一种颜色条纹代表序列中的一个元素，根据DeBruijn序列的窗口唯一性可知，某个特定宽度的彩色条纹组合在编码图案中都是唯一的，所以只需要在左右图像中正确的提取出对应子窗口中条纹的颜色信息和排列顺序就可以完成对应条纹位置信息的解码。在进行实验时，由于受到环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双目视觉彩色条纹编码的解码方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采用双目相机拍摄投影图像；投影图像为2幅，即左图像和有图像；步骤2：对获取的投影图像进行预处理；所述的预处理是指采用中值滤波进行处理；步骤3：提取每条条纹的中心线；步骤4：识别条纹颜色对应的码字；步骤5：条纹匹配与视差计算；其中，步骤2～5分别对2幅图像进行处理。

【技术特征摘要】
2017.12.04 CN 20171126559911.一种基于双目视觉彩色条纹编码的解码方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采用双目相机拍摄投影图像；投影图像为2幅，即左图像和有图像；步骤2：对获取的投影图像进行预处理；所述的预处理是指采用中值滤波进行处理；步骤3：提取每条条纹的中心线；步骤4：识别条纹颜色对应的码字；步骤5：条纹匹配与视差计算；其中，步骤2～5分别对2幅图像进行处理。2.根据权利要求1所述的基于双目视觉彩色条纹编码的解码方法，其特征在于，所述的步骤3包括以下步骤：步骤31：运用canny算子提取条纹边缘，保存边缘坐标；步骤32：对每行的每个条纹采用几何中心法提取算法，得到条纹的几何中心线，即粗略中心线：几何中心线为中心坐标点集；步骤33：在条纹的粗略中心位置Pc处的左右两边各取m个像素，使它们之间宽度大于条纹的宽度；采用自适应阈值法确定灰度阈值，将背景像素与条纹像素分离；步骤34：根据公式1计算条纹像素的梯度值G(x，y)；为条纹边界处的灰度阈值；步骤35：根据上文提到的公式2计算条纹像素的亚像素位置P(x，y)；步骤36：利用梯度重法提取中心线算法公式3计算条纹中心线的亚像素位置，其中G(x，y)是权重，P(x，y)为对应权重...

【专利技术属性】
技术研发人员：余洪山，关佳，谭磊，武彦飞，冯云，孙炜，朱江，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43