專利名稱：一種提取De Bruijn彩色結構光圖像的中心彩色條紋的方法
技術領域：
本發明提出一種提取De Bruijn彩色結構光圖像的中心彩色條紋的方法，屬于計 算機圖像處理技術領域。
背景技術：
從本質上說，基于結構光的三維重構系統是傳統立體視覺系統的一種改進與延 伸。它使用一個投射編碼圖像的設備來代替立體視覺系統中的一個攝像機，解決了特征點 設置和特征點搜尋的難題。基于結構光的三維重構系統具有非接觸、精度高、速度快、適用 范圍廣等優點。廣泛應用于自動化加工、高速在線檢測、質量控制、航空航天、汽車制造、實 物仿型、服裝加工、投影系統等領域，是反向工程和計算機視覺中的重要組成部分。一般情況下，基于結構光的三維重構系統包括系統參數的標定，結構光圖像的編 解碼，編碼特征點三維信息的計算和特征點重構四個重要組成部分。對結構光編碼方法的 研究已有很多，時間編碼中的線結構光方法不能快速實時地對物體進行重構，但它的編碼 原理簡單、易于實現；由于迪布魯英(De Bruijn)序列，具有預先的可確定性和可重復性， 所以由迪布魯英偽隨機序列生成的彩色結構光編碼方法已成為了彩色結構光三維重構最 廣泛應用的方法之一。在對編碼條紋進行解碼之前，必須先對所攝取的圖像進行灰度化、二值化、邊界提 取等圖像預處理，然而在對較細條紋進行預處理的過程中則會出現圖像信息的丟失現象使 得解碼序列的求取出現錯誤。為了更好地對編碼條紋進行解碼，張超等人提出一系列圖像 預處理方法，該方法可以更加準確地提取較細格雷碼的條紋；于曉洋等人采用一種基于邊 緣導向的亞像素定位技術提取格雷碼條紋邊緣；吳海濱等人在分析結構光編碼白條紋擴散 的原因和實際邊緣形態的基礎上，提出一種同時檢測多邊緣并消除擴散影響的亞像素精度 方法-交點法。實驗結果表明，對于寬度大于4pixel的編碼條紋，邊緣檢測相對誤差小于 1%，可消除被測表面傾斜和離焦的影響。夏冰冰通過比較不同邊緣檢測算法的實際效果， 來選擇一種運算速度快、邊緣定位準確、噪聲抑制能力強的邊緣檢剛算法，實現結構光調制 圖像標定數據的提取，對于彩色條紋的提取通常采用提取彩色條紋的邊緣然后提取條紋的 方法。
發明內容
為了精確地對De Bruijn彩色結構光編碼圖像的中心彩色條紋進行提取，本發明 提出了一種提取De Bruijn彩色結構光圖像的中心彩色條紋的方法。一種提取De Bruijn彩色結構光圖像的中心彩色條紋的方法，其特征在于，該方法 所需設備和實現步驟如下所需設備如圖1所示，所需設備由5部分組成投影機1，投影屏幕2，攝像機3， 計算機4，待測物體5 ；投影機1和攝像機3都通過電纜與計算機4連接。
實現步驟步驟1、在計算機4中，利用具有隨機特性與確定性的De Brui jn偽隨機序列，產生 一幅7元3級De Bruijn序列彩色結構光編碼圖像，該圖像背景顏色為黑色，其RGB值都為 0，每條彩色條紋的寬度為一個像素，相鄰兩條彩色條紋間隔3個像素，并且顏色都不相同。步驟2、計算機4通過投影機1將步驟1中產生的De Brui jn序列彩色結構光編碼 圖像經過待測物體5調制后投影到投影屏幕2上，生成調制后的投影圖像。步驟3、計算機4通過攝像機3拍攝步驟2生成的調制后的投影圖像，得到彩色結 構光編碼圖片；由該圖片上所有像素點按照從左到右，從上到下的順序構成矩陣Z ；設矩陣 Z有m行，n列；Z(i, j) = (R(i，j)，G(i，j)，B(i，j))為矩陣Z的第i行第j列元素，其中 R(i，j)、G(i，j)、B(i，j)分別為 Z(i，j)的 RGB 值。步驟4、構造矩陣I，設元素I(i，j)是矩陣I的第i行第j列元素，I(i，j) = (R(i, j)+G(i, j)+B(i, j))/3/255，i = 1,2, ，m，j = 1,2, . . . , n ；步驟5、構造矩陣Is，設Is(i，j)是矩陣Is的第i行第j列元素，對j = 1,2,..., n，有 Is(l，j) = 1(1，j)；Is(2, j) = (1(1，j)+I(2，j)+I(3，j))/3 ;Is(i，j) = (I (i-2, j) +2 X I (i-1, j) +3 X I (i, j) +2 X I (i+1, j) +1 (i+2, j)) /9, i = 3,4, ... , m_2 ；Is(m-1, j) = (I(m-2，j)+I(m_l，j)+I(m, j))/3，Is(m，j) = I (m，j)。步驟6、構造矩陣Is的梯度矩陣dls，設dls(i，j)是矩陣dls的第i行第j列元素， 對 j = 1,2, , n,有dls(i，j) = Is(i+1, j)-Is(i, j), i = 1,2, ，m_l ;dls(m，j)=0。步驟7、構造向量E，向量E的元素E(j) = l，j = 1，2，...，n ；構造矩陣x，設x(k， j)是矩陣x的第k行第j列元素，對j = l，2，...，n，有x(l, j) = 1，j G {1,2， ，n);如果dls(k_l，j)彡 0 且 dls(k，j) <0，或者，dls(k_l，j)彡 0 且 dls(k，j) >0， 其中 k = 2,3, ，m-1，那么E(j) = E(j) +l,x(E(j)，j) = k ；最后設x(E(j)+l，j) = m。步驟8、構造矩陣a，設a(k，j)是矩陣a的第k行第j列元素，對j = l，2，...，n，
有a (k-1, j) = l(x(k-\,j) + x(k,j))/2], k = 2,3, ...，E(j)+1 ；此處函數[_x」表示
對x向下取整。步驟9、構造向量 E’，向量 E’ 的元素 E’ (j) = 1，j = 1,2, ，n，；對 k = 1， 2，. . .，E(j)，j = 1，2，. . .，n，按照從上到下，從左到右的順序，在矩陣I的第j列中找到第 a(k，j)行到第a(k+l，j)行的第一個最大值，分別設為I(g，j)，如果I(g，j) > I(a(k, j), j)并且I(g，j) > I(a(k+1, j)，j)，那么像素點Z(g，j)為所述彩色結構光編碼圖片的第j 列第E’ (j)條中心彩色條紋中的元素，且E’ (j) =E’(j)+l。通過以上步驟可以找到調制后彩色圖片的每一條中心彩色條紋，為尋找調制后彩色圖片中每個像素點與原始編碼圖像中彩色條紋的匹配關系作好了準備。本發明提出了一種提取De Bruijn彩色結構光圖像中中心彩色條紋的方法，該方 法可以提取寬度為1個像素的De Bruijn彩色結構光編碼條紋經過調制后的中心彩色，提 取的正確率大于99.5%，為尋找調制后彩色圖片中每個像素點與原始編碼圖像中彩色條紋 的匹配關系作好了準備。
圖1是一種提取De Bruijn彩色結構光圖像的中心彩色條紋的方法所需設備構成 圖。此圖也是說明書摘要附圖。其中1為投影機，2為投影屏幕，3為攝像機，4為計算機， 5為待測物體。圖2是De Bruijn序列生成的彩色結構光編碼圖。
具體實施例方式一種提取De Bruijn彩色結構光圖像的中心彩色條紋的方法，該方法所需設備和 實現步驟如下所需設備如圖1所示，所需設備由5部分組成投影機1，投影屏幕2，攝像機3， 計算機4，待測物體5 ；投影機1和攝像機3都通過電纜與計算機4連接。實現步驟步驟1、在計算機4中，利用具有隨機特性與確定性的De Bruijn偽隨機序列，產生 一幅7元3級De Bruijn序列彩色結構光編碼圖像，該圖像背景顏色為黑色，其RGB值都為 0，每條彩色條紋的寬度為一個像素，相鄰兩條彩色條紋間隔3個像素，并且顏色都不相同。步驟2、計算機4通過投影機1將步驟1中產生的De Bruijn序列彩色結構光編碼 圖像經過待測物體5調制后投影到投影屏幕2上，生成調制后的投影圖像。步驟3、計算機4通過攝像機3拍攝步驟2生成的調制后的投影圖像，得到彩色結 構光編碼圖片；由該圖片上所有像素點按照從左到右，從上到下的順序構成矩陣Z ；設矩陣 Z有m行，n列；Z(i，j) = (R(i，j)，G(i，j)，B(i，j))為矩陣Z的第i行第j列元素，其中 R(i，j)、G(i，j)、B(i，j)分別為 Z(i，j)的 RGB 值。步驟4、構造矩陣I，設元素I(i，j)是矩陣I的第i行第j列元素，I(i，j) = (R(i, j)+G(i, j)+B(i, j))/3/255，i = 1,2, ，m，j = 1,2, . . . , n ；步驟5、構造矩陣Is，設Is(i，j)是矩陣Is的第i行第j列元素，對j = 1,2,..., n，有 Is(l，j) = 1(1，j)；Is(2, j) = (1(1，j)+I(2，j)+I(3，j))/3 ;Is(i，j) = (I (i-2, j) +2 X I (i-1, j) +3 X I (i, j) +2 X I (i+1, j) +1 (i+2, j)) /9, i = 3,4, ... , m_2 ；Is(m-1, j) = (I(m-2，j)+I(m_l，j)+I(m, j))/3，Is(m，j) = I (m，j)。步驟6、構造矩陣Is的梯度矩陣dls，設dls(i，j)是矩陣dls的第i行第j列元素， 對 j = 1,2, , n,有dls(i，j) = Is(i+1, j)_Is(i，j), i = 1,2, ，m_l ;dls(m，j)=0。
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步驟7、構造向量E，向量E的元素E(j) = l，j = 1，2，. . .，n ；構造矩陣x，設x(k， j)是矩陣x的第k行第j列元素，對j = l，2，...，n，有x(l, j) = 1，j G {1，2， ，n)；如果dls(k_l，j)彡 0 且 dls(k，j) < 0，或者，dls(k_l，j)彡 0 且 dls(k，j) >0， 其中 k = 2,3, ，m-1，那么 E(j) = E(j) +l,x(E(j)，j) = k ；最后設x(E(j)+l，j) = m。步驟8、構造矩陣a，設a(k，j)是矩陣a的第k行第j列元素，對j = l，2，...，n，
有a (k-1, j) = LO^-UD + ^D))/2」，!^: 2，3，...，E(j)+l ；此處函數Lx」表示
對x向下取整。構造向量E，，向量 E，的元素 E，(j) = 1，j = 1,2,. . ，n，；對 k = 1,2,. . ，E(j)， j = 1,2,…，n，按照從上到下，從左到右的順序，在矩陣I的第j列中找到第a(k，j)行到 第a(k+l，j)行的第一個最大值，分別設為I (g，j)，如果I (g，j) > I (a(k, j)，j)并且I (g， j) > I(a(k+1, j), j)，那么像素點Z(g，j)為所述彩色結構光編碼圖片的第j列第E’ (j) 條中心彩色條紋中的元素，且E’ (j) =E，(j)+l。通過以上步驟可以找到調制后彩色圖片的每一條中心彩色條紋，為尋找調制后彩 色圖片中每個像素點與原始編碼圖像中彩色條紋的匹配關系作好了準備。
權利要求
一種提取De Bruijn彩色結構光圖像的中心彩色條紋的方法，其特征在于，該方法所需設備和實現步驟如下所需設備所需設備由5部分組成投影機(1)，投影屏幕(2)，攝像機(3)，計算機(4)，待測物體(5)；投影機(1)和攝像機(3)都通過電纜與計算機(4)連接；實現步驟步驟1、在計算機(4)中，利用具有隨機特性與確定性的De Bruijn偽隨機序列，產生一幅7元3級De Bruijn序列彩色結構光編碼圖像，該圖像背景顏色為黑色，其RGB值都為0，每條彩色條紋的寬度為一個像素，相鄰兩條彩色條紋間隔3個像素，并且顏色都不相同；步驟2、計算機(4)通過投影機(1)將步驟1中產生的De Bruijn序列彩色結構光編碼圖像經過待測物體(5)調制后投影到投影屏幕(2)上，生成調制后的投影圖像；步驟3、計算機(4)通過攝像機(3)拍攝步驟2生成的調制后的投影圖像，得到彩色結構光編碼圖片；由該圖片上所有像素點按照從左到右，從上到下的順序構成矩陣Z；設矩陣Z有m行，n列；Z(i，j)＝(R(i，j)，G(i，j)，B(i，j))為矩陣Z的第i行第j列元素，其中R(i，j)、G(i，j)、B(i，j)分別為Z(i，j)的RGB值；步驟4、構造矩陣I，設元素I(i，j)是矩陣I的第i行第j列元素，I(i，j)＝(R(i，j)+G(i，j)+B(i，j))/3/255，i＝1，2，…，m，j＝1，2，…，n；步驟5、構造矩陣Is，設Is(i，j)是矩陣Is的第i行第j列元素，對j＝1，2，…，n，有Is(1，j)＝I(1，j)；Is(2，j)＝(I(1，j)+I(2，j)+I(3，j))/3；Is(i，j)＝(I(i-2，j)+2×I(i-1，j)+3×I(i，j)+2×I(i+1，j)+I(i+2，j))/9，i＝3，4，…，m-2；Is(m-1，j)＝(I(m-2，j)+I(m-1，j)+I(m，j))/3，Is(m，j)＝I(m，j)；步驟6、構造矩陣Is的梯度矩陣dIs，設dIs(i，j)是矩陣dIs的第i行第j列元素，對j＝1，2，…，n，有dIs(i，j)＝Is(i+1，j)-Is(i，j)，i＝1，2，…，m-1；dIs(m，j)＝0；步驟7、構造向量E，向量E的元素E(j)＝1，j＝1，2，…，n；構造矩陣x，設x(k，j)是矩陣x的第k行第j列元素，對j＝1，2，…，n，有x(1，j)＝1，j∈{1，2，…，n}；如果dIs(k-1，j)≥0且dIs(k，j)＜0，或者，dIs(k-1，j)≤0且dIs(k，j)＞0，其中k＝2，3，…，m-1，那么E(j)＝E(j)+1，x(E(j)，j)＝k；最后設x(E(j)+1，j)＝m；步驟8、構造矩陣a，設a(k，j)是矩陣a的第k行第j列元素，對j＝1，2，…，n，有 ，k＝2，3，…，E(j)+1；此處函數表示對x向下取整；步驟9、構造向量E’，向量E’的元素E’(j)＝1，j＝1，2，…，n，；對k＝1，2，…，E(j)，j＝1，2，…，n，按照從上到下，從左到右的順序，在矩陣I的第j列中找到第a(k，j)行到第a(k+1，j)行的第一個最大值，設為I(g，j)，如果I(g，j)＞I(a(k，j)，j)并且I(g，j)＞I(a(k+1，j)，j)，那么像素點Z(g，j)為所述彩色結構光編碼圖片的第j列第E’(j)條中心彩色條紋中的元素，且E’(j)＝E’(j)+1；通過以上步驟可以找到調制后彩色圖片的每一條中心彩色條紋，為尋找調制后彩色圖片中每個像素點與原始編碼圖像中彩色條紋的匹配關系作好了準備。FSA00000121679300021.tif,FSA00000121679300022.tif
全文摘要
本發明提出一種提取De Bruijn彩色結構光圖像的中心彩色條紋的方法，屬于計算機圖像處理技術領域。該方法可以提取寬度為1個像素的De Bruijn彩色結構光編碼條紋經過調制后的中心彩色條紋，提取的正確率大于99.5％，為尋找調制后彩色圖片中每個像素點與原始編碼圖像中彩色條紋的匹配關系奠定了基礎。
文檔編號G06K9/48GK101853385SQ20101017207
公開日2010年10月6日 申請日期2010年5月14日 優先權日2010年5月14日
發明者丁瑩, 姜會林, 李明, 李明勛, 楊華民, 范靜濤, 韓成 申請人:長春理工大學