基于绿条纹中心的颜色编码结构光三维测量方法技术

基于绿条纹中心的颜色编码结构光三维测量方法，目前视觉三维检测技术的重点发展方向包括结构光等方法，其中结构光法显示了在分辨率及测量速度上的优势。本方法用颜色代替灰度进行编码，用颜色代替灰度进行编码，颜色采用三基色红、绿、蓝，使得每种颜色之间的差别达到最大，投射条纹中红蓝条纹编码按格雷码方式编排，解码时红条纹置０蓝条纹置１，在每相邻的红蓝条纹中插入一个像素宽的绿条纹，即将所有相邻红蓝条纹中取其最后一位像素投射绿条纹，解码时绿条纹码值不唯一，第ｊ幅中绿条纹的码值只依赖于前［１，…，ｊ－１］幅的红蓝条纹的码值而决定，与其相邻像素的颜色值无关。本方法在工业生产和现实生活中有着广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，涉及视 觉传感测量技术与系统、三维信息采集与重构领域。
技术介绍
在非接触三维测量技术中，光学三维测量技术是获取物体三维信息最有效 的手段之一，它无需接触被测物表面。目前视觉三维检测技术的重点发展方向 包括结构光、立体图像、莫尔法、全息法、激光雷达等方法，其中结构光法显 示了在分辨率及测量速度上的优势。结构光法是将投射器发出的光经过光学系统形成点、线、编码图案等形式 投向景物，在景物上形成图案并由摄像机摄取，而后由图像根据三角法和传感 器结构参数进行计算、得到景物表面的深度图像，进一步计算出物面的三维坐 标值。在结构光法中，相比投射点、线光束的结构光扫描法，结构光编码法向景 物投射编码图案，大大提高了测量速度并解决了扫描法图案混淆问题，因此结 构光编码法以其准确度高、测量速度快、成本低等优点在三维重构、工业测量 等领域有着广泛的应用前景。结构光编码法研究的主要问题是在通过标定获得系统参数的前提下，确定 图像采样点并将其与物面采样点、编码图案中编码条纹区域(即投射角)对应 起来。编码方法可分为时间编码、空间编码和直接编码，三者各具优缺点。空间编码是将一幅按某种方式编码的图案向景物投射、得到一幅对应的编 码图像，将编码图像与编码方式对照进行解码，从而解决两者对应问题。空间 编码具有适合于动态测量的优点，但存在分辨率较低、受景物表面反射率不一 致及颜色的影响等缺点。时间编码是将多个不同的编码图案按时序先后投射到物体表面、得到相应 的编码图像序列，将编码图像序列组合起来进行解码，从而解决投射图案和采 集图像的对应问题。此类方法具有准确度高、分辨率高等优点。目前时间编码较多采用灰度条纹结合格雷码及相移技术进行编码，由于基于CCD的摄像机拍摄的条纹图案通常存在将灰度编码中条纹间的边界向暗条纹一边移动的缺点， 无法得到精确的条纹定位从而影响三维测量精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种克服由于基于CCD的摄像机拍摄的条纹图案通 常存在将灰度编码中条纹间的边界向暗条纹一边移动的缺陷，提取绿条纹中心 得到精确的条纹定位从而提高三维测量精度的方法。上述的目的通过以下的技术方案实现，用颜色代替灰度进行编 码，颜色采用三基色红、绿、蓝，使得每种颜色之间的差别达到最大，投射条 纹中红蓝条纹编码按格雷码方式编排，解码时红条纹置0蓝条纹置1，在每相邻 的红蓝条纹中插入一个像素宽的绿条纹，即将所有相邻红蓝条纹中取其最后一 位像素投射绿条纹，解码时绿条纹码值不唯一，第j幅中绿条纹的码值只依赖 于前[l，...，j-ll幅的红蓝条纹的码值而决定，与其相邻像素的颜色值无关。所述的，采用绿条纹中心 编码拍摄的图案，由于投射光强相同，绿条纹向红、蓝区域扩散程度相同，釆 用亚象素技术提取绿条纹中心，得到精确的条纹定位提高三维测量精度。所述的，针对CCD获取的图像在解码时提出了一种码值自检测算法，该算法仅仅根据解码图像自身实现。 这个技术方案有以下有益效果-1. 本专利技术方法，最大限度减少颜色之间的模糊，提高条纹检测的抗干扰能 力，解码更可靠。2. 本专利技术方法，条纹解码值只与其前几幅投射的相应条纹颜色值有关，与其相邻像素颜色无关，避免当物体表面不连续或非常陡峭时由于条纹压縮严重 或丢失产生的解码误差。* 3.本专利技术方法，采用亚象素定位技术提高绿中心，提供条纹定位精度，保 证图像采样点与物面采样点的一一对应。4.本专利技术方法，解码值可用其相邻像素的码值进行自检，如出现错误码值 可用其相邻像素码值的平均值来修正。附图说明图1是二进制灰度格雷码编码图2是红蓝二色格雷码编码，其中红色用1指出的剖面线表示，蓝色用2 指出的网格表示。图3是绿条纹格雷码编码，其中红色用l指出的剖面线表示，蓝色用2指 出的网格表示，绿色用3指出的密网格表示。图4是四幅绿条纹中心颜色格雷码编码原理图，其中红色用1指出的剖面 线表示，蓝色用2指出的网格表示，绿色用3指出的密网格表示。图5是码值自检算法实现结果本专利技术的具体实施例方式实施例l:色彩是图像分析中一个强有力的描绘子，人眼仅能区分二十几种灰度级， 却能识别成千上万的色彩。几乎所有经常使用的颜色可由红、绿、蓝三种基色 直接混合，且这三基色恰与人眼视网膜上红视锥、绿视锥和蓝视锥细胞所敏感 的颜色相一致。对于一幅24位真彩色图像，每一通道颜色中有28种灰度级， 灰度取值为0 255，其颜色可达16万多种。由于，摄像机很难分辨出所有灰 度级的颜色。为使每种颜色之间的差别达到最大，本编码方法采用的彩色条纹 只采用每一通道的最大灰度级255，即使用三基色红(255，0，0)、绿(0，255，0)、蓝 (0，0,255)来编码。这使拍摄的条纹图像中各种颜色之间、系统噪声即非线性的影 响都大大减少，有利于图像正确解码得到可靠的处理数据。利用绿条纹中心的颜色格雷码编码技术是在二进制灰度格雷码的编码方法 基础上改进的。图1是二进制灰度格雷码的编码方法，tl、 t2、 t3表示投射次 序，黑白条纹的码值记为0和1，投射三幅图像可产生23个不同码值代表投射 条纹。所有码值按格雷码方式编排，其每相邻两列的码值中只有一位转换误差。 这种编码可靠，是一种错误最小化的编码。其循环、单步特性消除了随机取数 时出现重大误差的可能。但由于基于CCD的摄像机拍摄的条纹有向暗区域移动 的特性，使得解码时产生黑白条纹边界定位误差。因此，本编码方法用颜色代 替灰度来编码。图2是用红、蓝色条纹代替图l中的黑、白色，相应码值同样 记为0和1。在每相邻的红蓝条纹中插入一个象素宽的绿条纹，如图3所示在 所有相邻红蓝条纹中取其最后一位像素投射绿条纹。从图中看出绿条纹的码值不唯一，可取0或1，其具体判断公式为<formula>formula see original document page 6</formula>……④(/)/ = 1,2，3,.."M;_/= 2,3,4，..., TV (1)其中T为每幅投射图案中第i列条纹的码值(0或1)， M为绿条纹总数， N为投射条纹图案幅数。图4为投射4幅16列绿条纹的情况，第一幅中有2列绿条纹，忽略最后一 列投射在背景上的绿条纹，只将中间的第8列绿条纹置0。当』=2时，第4、 12 列为绿条纹，根据式(l)它们的码值与前一幅相应列的码值相同；当〗=3时，第 、 6、 10、 14列为绿条纹，根据式(l)它们的码值是前两幅投射图案相应列码值 异或得到的，分别为0、 1、 0、 1;同样得到第四幅中第1、 3、 5、 7、 9、 11、 13、 15列绿条纹的码值，它们的码值由前三幅图案的异或值得到。也就是第j 幅绿条纹的编码值是由前幅投射图案中的红蓝编码的异或值决定的。 从图2d)中看出所有绿条纹编码值仍然为格雷码，每一列绿条纹的编码唯一且相 邻两绿条纹之间的码值只有一位转换误差。解码时绿条纹的码值只依赖于前 [l，...，j-ll幅的红蓝条纹码值，与其相邻像素的颜色值没有关系，这可避免当物 体表面不连续或非常陡峭时由于条纹压縮严重或丢失产生的解码误差。而且以 绿条纹将红蓝区域分开，由于红、绿、蓝条纹同时投射其光照强度是一样的， 可以避免CCD摄像机在拍摄灰度条纹时出现的条纹本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于绿条纹中心的颜色编码结构光三维测量方法，其特征是：用颜色代替灰度进行编码，颜色采用三基色红、绿、蓝，使得每种颜色之间的差别达到最大，投射条纹中红蓝条纹编码按格雷码方式编排，解码时红条纹置０蓝条纹置１，在每相邻的红蓝条纹中插入一个像素宽的绿条纹，即将所有相邻红蓝条纹中取其最后一位像素投射绿条纹，解码时绿条纹码值不唯一，第ｊ幅中绿条纹的码值只依赖于前［１，…，ｊ－１］幅的红蓝条纹的码值而决定，与其相邻像素的颜色值无关。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：于晓洋，关丛荣，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]