一种空间编码结构光三维扫描方法与系统技术方案

本发明专利技术提供一种空间编码结构光三维扫描方法与系统，包括设计单帧空间编码图案，含用于解码的解码点和用于加密的加密点；通过投影仪将预先编码好的单帧空间编码图案投射到被测物体表面；相机拍摄经物体调制后的空间编码图案，进行影像解码点和加密点的提取；利用水平核线约束与邻域相对位移关系确定解码点的候选投影仪列号；构建和更新解码点的统计权重数组，根据统计权重数组对解码点的候选投影仪列号进行删选；根据解码点的投影仪列号推断加密点的投影仪列号；根据解码点和加密点的影像坐标和对应的投影仪列号重建点云。本发明专利技术解决了传统空间编码结构光鲁棒性低、精度差、解码要求较大图像空间、可拓展性差等问题。

A 3D scanning method and system of space encoded structured light

【技术实现步骤摘要】
一种空间编码结构光三维扫描方法与系统
本专利技术涉及三维测量领域，尤其涉及一种空间编码结构光三维扫描方法与系统。
技术介绍
普通的影像建模中，光源是环境光或者白光这种没有经过编码的光源，图像识别完全取决于被拍摄物体本身的特征点，因此匹配一直是影像建模的一个难点。而结构光法的不同在于对投射光源进行了编码，拍摄的是被编码的光源投影到物体上被物体表面的深度调制过的图像，如图1所示。因为结构光光源带有很多的编码特征，可以很方便的进行特征点的匹配，即结构光法主动提供了很多特征点进行匹配，而不再需要使用被摄物体本身具有的特征点，因此可以提供更好的匹配结果。另外，由于普通的影像建模中拍摄物体多种多样，每一次影像匹配都面对不同的图像，需要重新提取特征点；而结构光法投影的是相同的图案，特征是固定的，不需要根据场景的变化而有变化，降低匹配的难度，提高了匹配的效率。结构光法中最重要的是对于编码的设计和识别，如图2所示，按照编码方式的不同，大致可以分为空间编码、时间编码、时空编码、多波长复合编码、直接编码和线结构光扫描六类。空间编码技术将编码信息隐藏在单帧投影本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间编码结构光三维扫描方法，其特征在于，空间编码结构光三维扫描方法包括以下步骤：/nS1，设计单帧空间编码图案，包括用于解码的解码点和用于加密的加密点；/nS2，通过投影仪将预先编码好的单帧空间编码图案投射到被测物体表面；/nS3，相机拍摄经物体调制后的空间编码图案，进行影像解码点和加密点的提取；/nS4，利用水平核线约束与邻域相对位移关系确定解码点的候选投影仪列号；/nS5，构建和更新解码点的统计权重数组，根据统计权重数组对解码点的候选投影仪列号进行删选；/nS6，根据解码点的投影仪列号推断加密点的投影仪列号；/nS7，根据解码点和加密点的影像坐标和对应的投影仪列号重建点云。/n

【技术特征摘要】
1.一种空间编码结构光三维扫描方法，其特征在于，空间编码结构光三维扫描方法包括以下步骤：
S1，设计单帧空间编码图案，包括用于解码的解码点和用于加密的加密点；
S2，通过投影仪将预先编码好的单帧空间编码图案投射到被测物体表面；
S3，相机拍摄经物体调制后的空间编码图案，进行影像解码点和加密点的提取；
S4，利用水平核线约束与邻域相对位移关系确定解码点的候选投影仪列号；
S5，构建和更新解码点的统计权重数组，根据统计权重数组对解码点的候选投影仪列号进行删选；
S6，根据解码点的投影仪列号推断加密点的投影仪列号；
S7，根据解码点和加密点的影像坐标和对应的投影仪列号重建点云。


2.一种空间编码结构光三维扫描方法，其特征在于，所述S1具体包括以下步骤：
S11，基本码元的设计；针对传统空间编码图案鲁棒性低、精度差、解码要求较大图像空间等缺点，本发明的解码点码元采用简单的圆点；假设单帧空间编码每个码元所占的投影仪图像空间为Grid大小，本发明里设Grid＝8像素，则码元间沿行和列方向的间距为Grid，记解码点码元在投影仪图像坐标上的半径为
S12，邻近码元排列的设计；利用水平核线约束与码元邻域相对位移关系来进行编码；水平核线约束由相机和投影仪的安装来决定的，通过预先标定的投影仪和相机的标定参数，将投影仪上每个编码点的投影仪影像坐标转化成投影仪的核线影像坐标，记此核线坐标的行坐标值为E值；码元邻域相对位移关系由相邻码元的错位像素来决定；以当前码元为中心，邻近码元相对当前码元上下错位的距离邻域码元在垂直方向上位于当前码元上方，则标记为-1；邻域码元在垂直方向上与当前码元平齐，则标记为0；邻域码元在垂直方向上位于当前码元下方，则标记为1；按照码元邻域相对位移关系，具有9种情况，将上下错位的情况记为D值；在生成空间编码图案时，随机生成每个列的上下错位情况，对应的D值即确定，每列都保存此D值；记第i个投影仪的解码点为Mi(D(COL),E),0＜i＜m，其中m为投影仪解码点总个数，COL为投影仪解码点所在的列号，D(COL)为投影仪解码点所在COL列的D值，E为投影仪解码点的E值；
S13，解码点和加密点的设计；设计相对解码点较小的圆点作为投影仪加密点，加密点圆点半径设为投影仪解码点的作用是用于后期处理的解码运算，判断此点所对应的列号信息；投影仪加密点则不参与后期处理的解码运算。


3.一种空间编码结构光三维扫描方法，其特征在于，所述S2的实施方式为：将最终编码图案光刻得到，通过投影系统投射到物体表面；投影系统可以采用普通的LED白光，也可以采用特定波段的光源，以减少背景光对投影图案采集的影响。


4.一种空间编码结构光三维扫描方法，其特征在于，所述S3的实施方式如下：
S31，相机从不同角度拍摄经过物体调制后的空间编码图案I；
S32，解码点粗提取；采用窗口大小的中心圆点卷积模板，对I影像进行卷积操作得到卷积影像C，采用Grid×2Grid窗口对卷积影像C进行局部非极大值抑制搜索，得到的局部极大值点即为影像解码点；假设检测到的影像解码点个数为s，记录影像解码点的整像素坐标Si(x,y),0≤i≤s，其中(x,y)为整像素坐标值；
S33，解码点精提取；采用高斯椭圆拟合方法对影像解码点的整像素坐标进行坐标精提取，得到影像解码点亚像素坐标(u,v)，则此时记影像解码点为Si(x,y,u,v),0≤i≤s；
S34，加密点粗提取；针对影像解码点Si(x,y,u,v)，在影像矩形范围内，按照窗口对卷积影像C进行局部非极大值抑制搜索，得到的局部极大值点即为影像加密点；假设检测到的影像加密点个数为t，记录影像加密点的整像素坐标Ti(x,y),0≤i≤t，其中(x,y)为整像素坐标值；
S35，加密点精提取；采用高斯椭圆拟合方法对影像加密点的整像素坐标进行坐标精提取，得到影像加密点亚像素坐标(u,v)，则此时记影像加密点为Ti(x,y,u,v),0≤i≤t。


5.一种空间编码结构光三维扫描方法，其特征在于，所述S4的实施方式如下：
S41，利用水平核线约束关系确定解码点的候选投影仪列号；根据投影仪和相机的标定参数，将影像解码点Si(x,y,u,v)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文超，龚静，刘改，
申请(专利权)人：武汉玄景科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42