[发明专利]基于条纹结构光的动态场景深度获取方法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，涉及动态场景深度的获取，可用于三维重建或目标识别。

背景技术

随着信息技术的飞速发展，三维物体深度信息的测量在很多应用领域是必不可少的，如工业自动化、移动机器人、人机交互和外科手术。目前，三维测量方法主要包括被动测量法和主动测量法。

被动测量法包括双目立体视觉法、离焦法和阴影法等方法。双目立体视觉法主要任务是求取两个摄像机获取到的图像视差，然后利用三角测量法求出深度，此方法对摄像机的同步工作要求高，并因求出的深度值比较稀少而被淘汰。离焦法和阴影法容易受到环境的影响，其求得的深度值精度不高。

主动测量法包括时间飞行法和结构光测量法。时间飞行法是通过计算接收到的光波的延时实现场景深度的求取。此方法所获取的三维场景深度值的精度可以达到很高的程度，但是此方法要求场景是静止的，并且耗时较长。基于结构光的三维测量算法因其非接触性、简单、高速度和高精度等优点而得到广泛关注。通常，基于结构光的测量方法又分为基于时间编码的方法和基于空间编码的方法这两种。基于时间编码的方法因其需要一组投射模板，适用于静态场景，而基于空间编码的方法仅需要一幅模板便可重建出动态场景的形状。因此，为精确获取动态场景的深度值，基于空间编码的方法比较合适。

一种比较有效的空间编码方式为基于颜色的编码方式，如长春理工大学提出的一种De Bruijn彩色结构光编码图像的中心彩色条纹颜色聚类方法，专利号为201110080913。此发明将不同颜色按照De Bruijn序列进行排列进而产生一个彩色条纹模板。每个条纹通过其相邻的条纹的颜色的不同进行区分。但是，由于红绿蓝三色光谱存在混叠，而且不同颜色的场景对各个颜色的响应不同，所以摄像机记录下的颜色不一定完全反映模板的颜色，导致在解码过程中容易产生错误。

为了解决颜色译码易出错的问题，深圳大学发明了基于空间点阵投影的三维数字成像方法，专利号为200410071984。此发明采用的模板为二维点阵结构光，通过比较被测物体表面和参考平面上的点阵对的位置变化，计算出物体的深度图像。但是此发明在确定点阵对时存在不确定问题，容易求出错误的深度。

鉴于上述问题的存在，北京中星微电子有限公司提出一种结构光编码、解码方法及编码、解码装置的发明，专利号为200810113080。此发明采用的模板为宽窄变化的条纹按照De Bruijn序列进行排列所得的条纹模板。解码时，每根线条边界点的确定是选用图像灰度曲线中波峰点到波谷点之间的过渡点。但是，由于环境光照的不均匀，容易出现波峰与波谷之间的过渡点的定位失误，使得相应的线条宽度求解存在较大的误差，造成解码错误，导致最终使求得的深度有误。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于条纹结构光的动态场景深度获取方法，以在不增加设备复杂性以及计算复杂性的情况下，避免颜色解码错误和条纹边界定位不准确的问题，提高空间分辨率，获取高精度的动态场景深度值。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：

（1）设计2元3次De Bruijn序列编码的不同宽度的黑白条纹模板P，并经投影仪T将该黑白条纹模板P投射到三维场景中，用摄像机C记录经场景调制过的变形条纹图像U；

（2）对记录变形条纹图像U使用阈值法二值化，得到二值图像B；

（3）根据占空比的不同，将二值图像B中的每个黑白条纹对译成0、1序列码；

（4）根据De Bruijn序列解码方式，将步骤（3）中得到的对应黑白条纹对的0、1序列解码为0～7的序号N；

（5）在步骤（4）得到的黑白条纹对序号N基础上加上8M，得到连续序号，其中M为正整数，其取值通过如下公式确定：