一种用于结构光编码的随机编码图案生成方法及设备技术

本发明专利技术公开了一种用于结构光编码的随机编码图案生成方法，所述方法利用随机概率分布图，在一定的分布规则下，逐个添加编码基元，生成满足窗口唯一性分布要求的随机编码图案；该随机编码图案可单独作为结构光编码图案或作为结构光编码图案的基础图元进行拼接扩充。本方法得到的结构光编码图案经投射装置按一定视场角投射，可对三维空间或目标物体进行空间编码和特征标定，用于深度识别。本发明专利技术还公开了一种用于结构光编码的随机编码图案生成设备。本发明专利技术方法或设备所生成的随机编码图案具有随机性高，且支持多种不同形状大小的编码基元，可解决单目、双目或多目结构光深度解码过程中的辨识问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于结构光编码的随机编码图案生成方法及设备
本专利技术涉及3D深度相机、计算视觉、深度感知、三维重建
，具体涉及主动立体视觉中所投射的用于标记空间的一种结构光编码方法及设备，尤其是一种用于结构光编码的随机编码图案生成方法及设备。
技术介绍
视觉是人类感知外在环境时最直接、也是最有效的途径。计算机视觉的研究便是希望计算机能够像人类视觉那样，能够感知环境中的很多状态，比如物体的颜色、形状以及表面的纹理信息，物体所处的环境位置和物体的运动情况等。但在计算机视觉的应用领域中，对于人和动物可以毫不费力的从一幅或多幅图像中分析出的信息，计算机视觉的算法却很容易出错。深度感知技术是获取场景中距离信息的一种技术，可以帮助计算机更好地感知周围的环境，在虚拟现实、三维重建、人机交互、工业自动化、机器人导航以及医学成像等领域有着至关重要的作用。比如，在消费电子领域，深度感知技术能够帮助电子产品识别人类的不同动作，从而可以做出相应的反应，带给用户更加方便、智能的全新体验，对于提高电子产品的交互能力与智能水平有着至关重要的作用。在工业领域，3D打印、生物医疗、机器人操控等领域对高精度、高分辨率的深度信息技术也有着迫切地应用要求。根据深度感知设备中是否有主动光源可将深度感知技术分为主动式和被动式两类。主动式深度感知技术通过图像传感器捕捉投射器投射到空间物体上的图案，经分析处理后获取物体的空间位置信息，比如结构光编码方式、ToF飞行时间方式。主动式深度感知技术具有深度信息稳定可靠、受环境光影响小、匹配过程不受物体纹理信息的影响等特点。对基于结构光编码的深度感知方法，编码图案投射装置的开发是其核心内容之一，所设计的编码图案不仅影响深度解码计算的复杂度及深度信息的精度和空间分辨率，而且对解码过程中的抗噪声抗畸变能力、复杂场景的深度解码能力影响也很大。
技术实现思路
本专利技术提出的一种用于结构光编码的随机编码图案生成方法及设备，至少能解决上述部分问题，生成满足高性能复杂场景进行深度解码要求的随机编码图案，该随机编码图案会被投射装置投射到三维空间或目标物体上进行空间编码和特征标定，有利于深度识别。一种用于结构光编码的随机编码图案生成方法，其中，所述方法包括下述步骤：S100、确定随机编码图案的分辨率，获取相同分辨率大小的随机概率分布图；S200、获取所述随机概率分布图中概率值最大的点的位置；S300、将该位置作为编码基元的中心点位置，在随机编码图案和随机概率分布图中进行标记；S400、根据编码基元的形状、大小，在随机概率分布图中标记出编码基元；根据编码基元的分布规则，在所述随机概率分布图中标记出编码基元周围不能作为其它编码基元的点；S500、判断随机概率分布图中的点是否被标记完；若未被标记完，执行步骤S300；S600、从随机概率分布图的未标记点中，获取概率值最大的点的位置，返回步骤S300。针对前述方法，其中，所述步骤S500中在判断随机概率分布图中的点被标记完时，执行下述步骤：S700、判断结构光编码图案是否达到窗口唯一性分布的要求；所述结构光编码图案由随机编码图案构成；若未达到要求，执行步骤S800；S800、确定重新标记区域，并重新生成随机概率分布图，该随机概率分布图与所述重新标记区域具有相同大小；返回步骤S200。针对前述或下述方法，其中，所述编码基元的形状包括一个特征点、方形、圆形、斜条、S型或其它由多个特征点组成的任意形状。针对前述或下述方法，其中，所述步骤S700中在判断之前，还包括下述步骤：S701、将所述随机编码图案作为基础图元按一定规则进行拼接扩充。针对前述或下述方法，其中，所述拼接扩充包括规则阵列方式、错行阵列方式、阵列旋转方式。针对前述或下述方法，其中，所述随机概率分布图中点的概率值范围为(0，1)。针对前述或下述方法，其中，所述步骤S300-S600中使用概率标记图代替随机概率分布图来进行标记；所述概率标记图的分辨率大小与所述随机概率分布图相同，每个点的初值相同且不为0；当对所述概率标记图中的点标记时，使该点的值为0；并且所述步骤S600使用下述步骤代替：S600’、将概率标记图与步骤S400中被标记后的随机概率分布图进行点与点相乘，用得到的结果图代替所述随机概率分布图，返回步骤S200。针对前述或下述方法，其中，所述步骤S300中在对随机编码图案进行标记后，还包括下述步骤：利用标记的点，根据编码基元的形状、大小，在随机编码图案中标记出编码基元。针对前述方法，其中，所述编码基元的分布规则包括下述规则之一或其组合：满足孤立性原则、满足编码基元之间的间距要求。另一方面，本专利技术提供一种用于结构光编码的随机编码图案生成设备，其中，所述设备包括图案生成装置、投射装置；所述图案生成装置采用前述任一所述方法生成随机编码图案；所述投射装置根据所述随机编码图中的编码基元确定相应的发光源。与现有技术相比：本专利技术中的方法以及装置可以快速准确的生成满足高性能复杂场景进行深度解码要求的随机编码图案，组成随机编码图案的编码基元具有良好的随机特性，并且满足窗口唯一辨识特性，即当该随机编码图案被投射装置按一定的视场角投射到三维空间或目标物体上，则被投射的三维空间或目标物体表面上每个特征点在一定的范围内都可以被唯一辨识，其中每个编码基元对应一个或多个特征点，从而可以解决深度解码过程中单目、双目或多目匹配的辨识问题。附图说明图1是本专利技术随机编码图案生成的整体流程图；图2(a)是本专利技术编码基元图案的一种实施例示意图；图2(b)是本专利技术编码基元图案的另一种实施例示意图；图2(c)是本专利技术编码基元图案的另一种实施例示意图；图2(d)是本专利技术编码基元图案的另一种实施例示意图；图3(a)是本专利技术随机概率分布图的一种实施例示意图；图3(b)是本专利技术概率标记图的一种实施例示意图；图4(a)是本专利技术未生成编码基元时的概率标记图；图4(b)是本专利技术生成编码基元的位置概率标记值的变化；图4(c)是本专利技术编码基元周围的概率标记值变化的一种实施例设计；图4(d)是本专利技术编码基元周围的概率标记值变化的另一种实施例设计；图5A-1至图5A-4是本专利技术随机编码图案在编码基元逐个生成过程中的变化；图5B-1至图5B-4是本专利技术概率标记图在编码基元逐个生成过程中的变化；图6为本专利技术以图2(d)为编码基元生成随机编码图案的另一种实施例设计；图7是本专利技术编码图案作为基础图元进行错行阵列方式拼接扩充的一种实施例；图8A是本专利技术编码图案作为基础图元进行旋转阵列方式拼接扩充前的一种实施例；图8B是本专利技术编码图案作为基础图元进行旋转阵列方式拼接扩充后的一种实施例。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术进行进一步的详细说明。在一个实施例中，采用图1示意的流程图可以生成随机编码图案，该随机编码图案的编码基元具有良好的随机特性，并且满足窗口唯一辨识特性，即当该随机编码图案被投射装置投射到三维空间或目标物体上，则被投射的三维空间或目标物体表面上每一个特征点都可以被唯一辨识，解决深度解码过程中单目、双目或多目匹配的辨识问题。在该流程图中包括下述步骤：S100、确定随机编码图案的分辨率，获取相同分辨率大小的随机概率分布图。S200、获取所述随机概率分布图中概率值最大的点的位置。S300、将该位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于结构光编码的随机编码图案生成方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：S100、确定随机编码图案的分辨率，获取相同分辨率大小的随机概率分布图；S200、获取所述随机概率分布图中概率值最大的点的位置；S300、将该位置作为编码基元的中心点位置，在随机编码图案和随机概率分布图中进行标记；S400、根据编码基元的形状、大小，在随机概率分布图中标记出编码基元；根据编码基元的分布规则，在所述随机概率分布图中标记出编码基元周围不能作为其它编码基元的点；S500、判断随机概率分布图中的点是否被标记完；若未被标记完，执行步骤S300；S600、从随机概率分布图的未标记点中，获取概率值最大的点的位置，返回步骤S300。

【技术特征摘要】
2017.06.01 CN 20171040586831.一种用于结构光编码的随机编码图案生成方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：S100、确定随机编码图案的分辨率，获取相同分辨率大小的随机概率分布图；S200、获取所述随机概率分布图中概率值最大的点的位置；S300、将该位置作为编码基元的中心点位置，在随机编码图案和随机概率分布图中进行标记；S400、根据编码基元的形状、大小，在随机概率分布图中标记出编码基元；根据编码基元的分布规则，在所述随机概率分布图中标记出编码基元周围不能作为其它编码基元的点；S500、判断随机概率分布图中的点是否被标记完；若未被标记完，执行步骤S300；S600、从随机概率分布图的未标记点中，获取概率值最大的点的位置，返回步骤S300。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，优选的，所述步骤S500中在判断随机概率分布图中的点被标记完时，执行下述步骤：S700、判断结构光编码图案是否达到窗口唯一性分布的要求；所述结构光编码图案由随机编码图案构成；若未达到要求，执行步骤S800；S800、确定重新标记区域，并重新生成随机概率分布图，该随机概率分布图与所述重新标记区域具有相同大小；返回步骤S200。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述编码基元的形状包括一个特征点、长方形、正方形、圆形、斜条、S形或其它由多个特征点组成的任意形状。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛晨阳，姚慧敏，周艳辉，
申请(专利权)人：宁波盈芯信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33