[发明专利]基于De序列和相位编码的单帧结构光深度获取方法

摘要

本发明公开了一种基于De序列和相位编码的单帧结构光深度获取方法，主要解决现有单帧技术精度低、多帧技术难以实现动态场景深度获取的问题。其技术方案为：利用像素亮度值作为相位编码信息，根据模板的RGB不同颜色通道信息进行De序列编码辅助相位周期解码；对摄像机采集的待测场景变形图像，分别提取图像中像素点的颜色信息和亮度信息；通过亮度信息利用Gabor滤波器卷积得到相位编码信息，通过颜色信息利用De序列解码确定截断相位周期；根据相位立体匹配原则，利用三角测距原理，得到物体的深度数据。本发明通过一幅投射模板，实现了高空间分辨率的深度数据获取，可用于动态场景的高精度高分辨率深度获取。

主权项

1.一种基于De序列和相位编码的单帧结构光深度获取方法，包括：(1)设计强度变化且包含相位编码和颜色编码的混合编码模板P：(1a)采取余弦函数进行相位编码，计算编码模板中像素点(i,j)处的亮度值P0(i,j)：其中，T为余弦函数的周期，A表示余弦函数的直流分量，B表示调制振幅，为编码中余弦的初始相位，取值为(1b)采用二元三阶De Brujin序列的00011101顺序循环组合进行颜色编码，其中基元0、1分别采用绿色、红色表示，条纹宽度为T，计算红色条纹亮度值Pr(i,j)，绿色条纹亮度值Pg(i,j)：Pr(i,j)＝C(i,j)P0(i,j)Pg(i,j)＝[1‑C(i,j)]P0(i,j)其中，C(i,j)表示像素点(i,j)处的基元值，红色条纹取值为1，绿色条纹取值为0，P(i,j)表示相位编码中得到的像素点(i,j)的亮度值；(1c)得到混合编码模板P中每个像素点像素值P(i,j)：其中，P_r(i,j)、P_g(i,j)为颜色编码中红色、绿色条纹亮度值，T为彩色条纹宽度值，为向下取整运算符；(2)水平放置投影仪R与摄像机V，并使二者光轴平行，通过投影仪R将混合编码模板P投影到三维物体O上，用摄像机V拍摄经过待测物体O调制过的变形条纹图像U；(3)将变形条纹图像U与波长为λ、滤波方向为θ、初始相位为ψ的一维Gabor滤波器进行卷积，求取像素点(x,y)处的截断相位φ(x,y)；(4)计算变形条纹图像U的每一个像素(x,y)的颜色编码信息C(x,y):其中，x,y分别为变形条纹图像中像素点(x,y)的行列坐标，Ur(x,y),Ug(x,y)分别为RGB图像中像素点(x,y)红色通道、绿色通道分量的强度值；(5)利用投票机制矫正，通过嵌入的De Bruijn序列空间编码信息Pr、Pg和变形条纹图像U中的颜色编码信息C(x,y)，求解截断相位需要延拓的周期数n：(5a)遍历同一个条纹上的码值，将投票占有多数的基元码值标定为正确的码值；(5b)对每三位码值组成的序列进行解码，得到该序列对应序号N，即当序列为000时N为0，当序列为001时N为1，当序列为011时N为2，当序列为111时N为3，当序列为110时N为4，当序列为101时N为5，当序列为010时N为6，当序列为100时N为7；(5c)对于给定的参考平面L、参考平面距离Dr、摄像机中心坐标(Cx,Cy,Cz)、投影仪中心R，根据成像原理计算参考平面上某点G的坐标(Gx,Gy,Gz)：其中，(Bx,By,Bz)为空白场景中摄像机获得的变形条纹图像U中与G对应点B的坐标；(5d)根据投影仪中心R、模板上空白场景下与G对应的点F与场景中G的几何关系，计算F点坐标(Fx,Fy,Fz)：其中，f表示投影仪的焦距，综合以上(5c)和(5d)两式得到F点坐标(Fx,Fy,Fz)：(5e)根据坐标转换关系得到F点对应的成像平面坐标(xF,yF)，计算变形条纹图像U中B点所在条纹对应的De Bruijn序列周期延拓周期数S：其中，T为De Bruijn序列中条纹的宽度，为向下取整算子；(5f)根据步骤(5b)和(5e)的结果，计算条纹的最终编号n：n＝N+8S；(6)计算像素点(x,y)处的绝对相位：Φ(x,y)＝φ(x,y)+2nπ(7)根据三角测距原理与绝对相位值Φ，计算待测物体的三维信息值。