[发明专利]基于条纹结构光的动态场景深度获取方法

摘要

本发明公开了一种基于条纹结构光的动态场景深度获取方法，主要解决现有技术计算深度精度低，深度空间分辨率低的问题。其实现步骤为：设计De Bruijn序列编码的黑白条纹模板P，用投影仪将其投射到三维场景中，用摄像机记录变形条纹图像U；利用投影仪和摄像机的几何关系与De Bruijn序列确定变形条纹图像U中黑白条纹的序号；求取变形条纹图像U和黑白条纹模板P之间的相位差，利用黑白条纹的序号与相位差求取变形条纹图像中各像素点对应在黑白条纹模板P中的匹配点坐标；用匹配点坐标与线面相交几何关系求出变形条纹图像U中每个像素点的深度。本发明具有计算复杂度低、深度空间分辨率高、深度精度高的优点，可用于对动态场景的精确三维重建。

主权项

一种基于条纹结构光的动态场景深度获取方法，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： M = quot ( f d max ( C x + ( d max - C z ) ( x U - C x ) z U - C z ) , 8 L ) , 其中，(xU,yU,zU)为变形条纹图像U像素点的三维坐标，(Cx,Cy,Cz)为摄像机C的光心坐标，f为投影仪T的焦距，quot（）为求商符号，L为黑白条纹宽度之和；（6）对所得变形条纹图像U与黑白条纹模板P求其相位差，利用该相位差与步骤（5）得到的连续序号求取变形条纹图像U中各像素点对应在黑白条纹模板P中的匹配点坐标；（7）对变形条纹图像U中每个像素点，结合步骤（6）得到的匹配点坐标，用线面相交几何关系求得相应的深度值D1；（8）用Harris角点检测算子提取变形条纹图像U的角点，再用所得角点划分变形条纹图像U的连续区域；（9）对深度值D1中的异常值进行校正：（9a）计算步骤（5）中相邻连续条纹序号的差值，定义差值不是1的条纹序号对应的像素点的深度值为异常值D2，并对变形条纹图像U中所有像素点 的深度值的正常或者异常进行标记，记作q，第n个像素点的标记qn={0,1}，n=1…576×576，576×576为变形条纹图像U的分辨率，0表示深度值正常，1表示深度值异常；（9b）选取异常值D2邻域内未被标记的正常深度值D1，再在这些正常深度值D1中筛选与异常值D2位于同一连续区域内的正常深度值D1，对这些深度值D1求平均得到对异常值D2的校正值D3；（9c）由正常深度值D1与校正值D3，得到最终的深度值D为：D=(1‑q)·D1+q·D3，即当q=0时，D=D1；当q=1时，D=D3。