结构光编码方法、装置及终端设备制造方法及图纸

本申请提供一种结构光编码方法、装置及终端设备，包括：生成编码窗口为2*2、编码元素为N的伪随机阵列；其中N个编码元素通过N种不同的黑白二值几何图形表示，N为大于或者等于8的正整数；生成黑白相间的菱形图案构成的矩形图案；将黑白二值几何图形嵌入白色菱形图案中，作为第一编码图案的前景图案，将黑色菱形图案作为第一编码图案的背景图案，以生成第一编码图案。在保证编码窗口足够小、编码密度足够大的情况下，由于本申请通过N种黑白二值几何图形实现编码，与传统的颜色、亮度编码方法相比，黑白二值几何图形对于目标物体的纹理、颜色及反射特性具有更强的鲁棒性，从而提高结构光编码系统的鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
结构光编码方法、装置及终端设备
本申请涉及图像处理技术，尤其涉及一种结构光编码方法、装置及终端设备。
技术介绍
结构光三维扫描技术通过主动控制光源来实现三维扫描，与其他三维扫描技术相比具有更高的可靠度，发展潜力巨大。目前结构光三维扫描技术已广泛应用于工业检测、3D打印、影视特效制作、文物仿形等领域。结构光三维扫描技术是指将设计好的编码图案投影至目标物体，由摄像机拍摄目标物体形成另一编码图案，确定该编码图案的特征点，对这些特征点采用光学三角法和系统标定法，以获取目标物体的三维信息，从而实现目标物体的三维重建。结构光编码方法是结构光三维扫描技术的前提和基础，结构光编码技术的编码策略主要分为时间编码和空间编码。相比较而言，空间编码较时间编码在测量速度方面更具优势，易于实现动态三维重建。而空间编码存在编码密度与编码窗口尺寸两者相矛盾的问题，即编码密度越大，则编码窗口就越大。然而，编码窗口越大，则解码的难度就越高。现有技术通过增加颜色信息或亮度信息来达到减小窗口尺寸、增大编码密度的目的。然而当目标物体表面颜色较为丰富、纹理结构较为复杂时，投影的颜色信息或亮度信息会影响目标物体的三维信息的获取，进而造成整个结构光编码系统的鲁棒性较差的问题。
技术实现思路
本申请提供一种结构光编码方法、装置及终端设备，从而提高结构光编码系统的鲁棒性。第一方面，本申请提供一种结构光编码方法，包括：生成编码窗口为2*2、编码元素为N的伪随机阵列；其中N个编码元素通过N种不同的黑白二值几何图形表示，N为大于或者等于8的正整数；生成黑白相间的菱形图案构成的矩形图案；将黑白二值几何图形嵌入白色菱形图案中，作为第一编码图案的前景图案，将黑色菱形图案作为第一编码图案的背景图案，以生成第一编码图案。本申请的有益效果是：由于本申请通过N种黑白二值几何图形实现编码，与传统的颜色、亮度编码方法相比，黑白二值几何图形对于目标物体的纹理、颜色及反射特性具有更强的鲁棒性，可用于目标物体表面更为复杂的动态三维重建。从而提高结构光编码系统的鲁棒性。可选地，还包括：将第一编码图案投影至目标物体；拍摄投影后的目标物体，获取第二编码图案；确定第二编码图案的特征点，其中特征点用于确定目标物体的三维轮廓信息。可选地，确定第二编码图案的特征点，包括：将第二编码图案划分为多个第一区域；在每个第一区域中确定至少一个候选特征点，并在所有候选特征点中确定特征点。可选地，在每个第一区域中确定至少一个候选特征点，包括：通过公式计算每个第一区域中的任一像素点(i,j)，对应的数值H；其中I(i+α,j+β)表示像素点(i+α,j+β)的灰度值；在每个第一区域中确定数值的极大值，并将极大值对应的像素点作为候选特征点。由于在第一编码图案真正的特征点处，水平方向上的点和垂直方向上的点的灰度值的差值在局部区域内是最大的。同样的，第二编码图案真正的特征点也应该具有该特征。即用X型模板计算出的数值H在第一区域内是最大的，利用这个方法可以排除掉绝大部分的普通点。可选地，在所有候选特征点中确定所述特征点，包括：确定任一候选特征点所在的第二区域，并确定第二区域旋转180度后的对称区域；通过公式计算任一候选特征点的对称系数δ；其中I(m,n)表示像素点(m,n)的灰度值；I'(m,n)表示像素点(m,n)在对称区域中的对称点的灰度值；表示第二区域中，所有像素点的灰度值的平均值；确定对称系数小于预设阈值的候选特征点为特征点。由于第一编码图案中的特征点具有旋转不变对称性(旋转180度)，因此第二编码图案中的特征点基本也遵循这个特征。对称系数δ表示第二编码图案的局部对称程度，该对称系数δ越小，表示第二编码图案的局部对称程度越好。基于此，采用上述公式计算每个候选特征点的对称系数δ，并通过设定一个预设阈值，以此剔除候选特征点中的错误特征点，可有有效获取最终的特征点。下面将介绍结构光编码装置，该结构光编码装置可以用于执行第一方面及第一方面对应的可选方式，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。第二方面，本申请提供一种结构光编码装置，包括：第一生成模块，用于生成编码窗口为2*2、编码元素为N的伪随机阵列；其中N个编码元素通过N种不同的黑白二值几何图形表示，N为大于或者等于8的正整数；第二生成模块，用于生成黑白相间的菱形图案构成的矩形图案；第三生成模块，用于将黑白二值几何图形嵌入白色菱形图案中，作为第一编码图案的前景图案，将黑色菱形图案作为第一编码图案的背景图案，以生成第一编码图案。可选地，还包括：投影模块，用于将第一编码图案投影至目标物体；获取模块，用于拍摄投影后的目标物体，获取第二编码图案；确定模块，用于确定第二编码图案的特征点，其中特征点用于确定目标物体的三维轮廓信息。可选地，确定模块具体用于：将第二编码图案划分为多个第一区域；在每个第一区域中确定至少一个候选特征点，并在所有候选特征点中确定特征点。可选地，确定模块具体用于：通过公式计算每个第一区域中的任一像素点(i,j)，对应的数值H；其中I(i+α,j+β)表示像素点(i+α,j+β)的灰度值；在每个第一区域中确定数值的极大值，并将极大值对应的像素点作为候选特征点。可选地，确定模块具体用于：确定任一候选特征点所在的第二区域，并确定第二区域旋转180度后的对称区域；通过公式计算任一候选特征点的对称系数δ；其中I(m,n)表示像素点(m,n)的灰度值；I'(m,n)表示像素点(m,n)在对称区域中的对称点的灰度值；表示第二区域中，所有像素点的灰度值的平均值；确定对称系数小于预设阈值的候选特征点为特征点。下面将介绍终端设备，该终端设备可以用于执行第一方面及第一方面对应的可选方式，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。第三方面，本申请提供一种终端设备，包括：结构光模板，设置有第一编码图案；其中第一编码图案由编码窗口为2*2、编码元素为N的伪随机阵列和多个黑白相间的菱形图案构成的矩形图案生成；N个编码元素通过N种不同的黑白二值几何图形表示，N为大于或者等于8的正整数；黑白二值几何图形嵌入对应的白色菱形图案中，形成第一编码图案的前景图案，黑色菱形图案形成第一编码图案的背景图案；投影单元，用于产生投影光；通过产生的投影光经过结构光模板形成第一编码图案，并将第一编码图案投影至目标物体；摄影单元，用于拍摄投影后的目标物体，获取第二编码图案；处理器，用于确定第二编码图案的特征点；并对每个特征点进行解码，确定每个特征点在第一编码图案中的对应位置；根据每个特征点在第一编码图案中的对应位置确定每个特征点在第二编码图案中的深度；根据每个特征点在第二编码图案中的深度，确定目标物体的三维轮廓信息。可选地，处理器具体用于：通过公式计算每个第一区域中的任一像素点(i,j)，对应的数值H；其中I(i+α,j+β)表示像素点(i+α,j+β)的灰度值；在每个第一区域中确定数值的极大值，并将极大值对应的像素点作为候选特征点。可选地，处理器具体用于：确定任一候选特征点所在的第二区域，并确定第二区域旋转180度后的对称区域；通过公式计算任一候选特征点的对称系数δ；其中I(m,n)表示像素点(m,n)的灰度值；I'(m,n)表示像素点(m,n)在对称区域中的对称点的灰度值；表示第二区域中，所有像素点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结构光编码方法，其特征在于，包括：生成编码窗口为2*2、编码元素为N的伪随机阵列；其中N个所述编码元素通过N种不同的黑白二值几何图形表示，所述N为大于或者等于8的正整数；生成黑白相间的菱形图案构成的矩形图案；将所述黑白二值几何图形嵌入白色菱形图案中，作为第一编码图案的前景图案，将黑色菱形图案作为所述第一编码图案的背景图案，以生成所述第一编码图案。

【技术特征摘要】
1.一种结构光编码方法，其特征在于，包括：生成编码窗口为2*2、编码元素为N的伪随机阵列；其中N个所述编码元素通过N种不同的黑白二值几何图形表示，所述N为大于或者等于8的正整数；生成黑白相间的菱形图案构成的矩形图案；将所述黑白二值几何图形嵌入白色菱形图案中，作为第一编码图案的前景图案，将黑色菱形图案作为所述第一编码图案的背景图案，以生成所述第一编码图案。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：将所述第一编码图案投影至目标物体；拍摄投影后的目标物体，获取第二编码图案；确定所述第二编码图案的特征点，其中所述特征点用于确定所述目标物体的三维轮廓信息。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定所述第二编码图案的特征点，包括：将所述第二编码图案划分为多个第一区域；在每个第一区域中确定至少一个候选特征点，并在所有候选特征点中确定所述特征点。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述在每个第一区域中确定至少一个候选特征点，包括：通过公式计算所述每个第一区域中的任一像素点(i,j)，对应的数值H；其中I(i+α,j+β)表示像素点(i+α,j+β)的灰度值；在所述每个第一区域中确定所述数值的极大值，并将所述极大值对应的像素点作为所述候选特征点。5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述在所有候选特征点中确定所述特征点，包括：确定任一候选特征点所在的第二区域，并确定所述第二区域旋转180度后的对称区域；通过公式计算所述任一候选特征点的对称系数δ；其中I(m,n)表示像素点(m,n)的灰度值；I'(m,n)表示所述像素点(m,n)在所述对称区域中的对称点的灰度值；表示所述第二区域中，所有像素点的灰度值的平均值；确定所述对称系数小于预设阈值的候选特征点为所述特征点。6.一种结构光编码装置，其特征在于，包括：第一生成模块，用于生成编码窗口为2*2、编码元素为N的伪随机阵列；其中N个所述编码元素通过N种不同的黑白二值几何图形表示，所述N为大于或者等于8的正整数；第二生成模块，用于生成黑白相间的菱形图案构成的矩形图案；第三生成模块，用于将所述黑白二值几何图形嵌入白色菱形图案中，作为第一编码图案的前景图案，将黑色菱形图案作为所述第一编码图案的背景图案，以生成所述第一编码图案。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：投影模块，用于将所述第一编码图案投影至目标物体；获取模块，用于拍摄投影后的目标物体，获取第二编码图案；确定模块，用于确定所述第二编码图案的特征点，其中所述特征点用于确定所述目标物体的三维轮廓信息。8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述确定模块具体用于：将所述第二编码图案划分为多个第一区域；在每个第一区域中确定至少一个候选特征点，并在所有候选特征点中确定所述特征点。9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述确...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐苏明，宋展，李丽，王维，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44