[发明专利]自适应De Bruijn彩色结构光编码方法

摘要

本发明涉及一种自适应De Bruijn彩色结构光编码方法，采用设备为摄像机、投影机、支撑调节机构、计算机、理想投影平面；其特征在于：将摄像机和投影机固定到支撑调节机构上，并可以通过手动方式调整支撑调节机构的方位、俯仰方向的角度，进而调整摄像机的拍摄角度和投影机的投影角度，确保摄像机可以拍摄到投影机投射的全部图像；摄像机和投影机都通过电缆与计算机连接；该方法首先使用De Bruijn编码方法生成彩色结构光条纹序列，接着利用摄像机捕获待测物体的本征颜色信息，然后根据投射的彩色条纹受到待测物体的本征颜色的干扰程度，自适应调整彩色结构光条纹序列。通过该方法不仅提高了编码图像的抗干扰能力，且扩大了基于彩色结构光的三维重构的普适性。

主权项

自适应De Bruijn彩色结构光编码方法，采用设备为摄像机、投影机、支撑调节机构、计算机、理想投影平面；其特征在于：将摄像机和投影机固定到支撑调节机构上，并可以通过手动方式调整支撑调节机构的方位、俯仰方向的角度，进而调整摄像机的拍摄角度和投影机的投影角度，确保摄像机可以拍摄到投影机投射的全部图像；摄像机和投影机都通过电缆与计算机连接；其具体的步骤如下：步骤1、在计算机中，利用具有随机特性与确定性的De Bruijn伪随机序列，产生一幅7元3级De Bruijn序列彩色结构光编码标定图像，该图像背景颜色为黑色，其RGB值为（0，0，0），每条彩色条纹的宽度为一个像素，任意两条相邻彩色条纹的颜色都不相同并且间隔3个像素，7种颜色分别用a1，a2，a3，a4，a5，a6，a7表示，其中颜色ax的RGB值分别用rx，gx，bx表示，x＝1，2，…，7；颜色a1的RGB值为（0,0,1），颜色a2的RGB值为（0,1,0），颜色a3的RGB值为（0,1,1），颜色a4的RGB值为（1,0,0），颜色a5的RGB值为（1,0,1），颜色a6的RGB值为（1,1,0），颜色a7的RGB值为（1,1,1）；步骤2、计算机通过投影机将步骤1中产生的7元3级De Bruijn序列彩色结构光编码标定图像投影到理想投影平面上，生成调制后投影标定图像；步骤3、计算机通过摄像机拍摄步骤2生成的调制后投影标定图像，得到彩色结构光编码标定图片，确保彩色结构光编码标定图片中的彩色条纹的顺序与De Bruijn序列彩色结构光编码标定图像中彩色条纹的顺序一致；步骤4、计算机采用传统的canny算法提取步骤3得到的彩色结构光编码标定图片中每条彩色条纹的上边界和下边界，再计算每条彩色条纹的上边界和下边界的中间位置，得到每条彩色条纹的中心彩色条纹；设共得到m条中心彩色条纹，每条中心彩色条纹有n个像素点；在m行上依次排列每条彩色条纹的n个像素点，得到由这些像素点构成的m´n阶矩阵Z；设像素点Z（i,j）在彩色结构光编码标定图片中的位置坐标用(X(i,j),Y(i,j))表示，i=1,2,…,m，j=1,2,…,n；步骤5、保持摄像机和投影机的相对位置和姿态、设置的参数不变，设理想投影平面的位置记为P，将理想的投影平面移出摄像机的视场，将彩色待测物体放置在位置P处；步骤6、计算机通过摄像机拍摄彩色待测物体，得到彩色待测物体本征颜色图像；步骤7、构造矩阵Z1，Z1(i,j)是矩阵Z1的第i行，第j列元素，Z1(i,j)为彩色待测物体本征颜色信息图像中在位置（X(i,j),Y(i,j)）处的像素点，i=1,2,…,m，j=1,2,…,n；步骤8、设R（i，j）、G（i，j）、B（i，j）分别为像素点Z1(i,j)的RGB值，i=1,2,…,m，j=1,2,…,n；步骤9、构造矩阵D，D(i,j,x)可由下式表示，i=1,2,…,m，j=1,2,…,n，x=1,2,3,4,5,6,7；步骤10、构造矩阵N，N(i,x)是矩阵N的第i行，第x列元素，N(i，x)=0，i=1,2,…,m，x=1,2,3,4,5,6,7；步骤11、设D（i，j，q）是｛D（i，j，1），D（i，j，2），D（i，j，3），D（i，j，4），D（i，j，5），D（i，j，6），D（i，j，7）｝中的最小值且q值最小，那么N(i,q)=N(i,q)+1,i=1,2,…,m，j=1,2,…,n；步骤12、构造矩阵W，W(i,j)是矩阵W的第i行，第j列元素，W(i,j)表示物体的本征颜色信息与颜色ax的干扰概率，i=1,2,…,7，j=1,2,…,7；对于固定的i，；步骤13、构造矩阵H，H(i,x)是矩阵H的第i行，第x列元素，H(i，x)=N（i，1）/n*W(x,1)+ N（i，2）/n*W(x,2)+ N（i，3）/n*W(x,3)+ N（i，4）/n*W(x,4)+ N（i，5）/n*W(x,5)+ N（i，6）/n*W(x,6)+N（i，7）/n*W(x,7)，i=1,2,…,m；步骤14、构造颜色向量C，元素C(i)表示自适应De Bruijn彩色结构光编码图像中第i条彩色条纹的颜色，设第i条彩色条纹的颜色的RGB值分别用RC(i)，Gc(i)，Bc(i)表示；颜色向量C的构造方法如下：设H（1，q1）是｛H（1，1），H（1，2），H（1，3），H（1，4），H（1，5），H（1，6），H（1，7）｝中的最小值且q1值最小，那么RC(1)=rq1，GC(1)=gq1，BC(1)=bq1；设q2不等于q1，而且H（2，q2）是矩阵H第2行元素中不包含H（2，q1）的元素中最小值且q2值最小，那么RC(2)=rq2，GC(2)=gq2，BC(2)=bq2；分别对于i=3,4，…m，将H（i，1），H（i，2），H（i，3），H（i，4），H（i，5），H（i，6），H（i，7）按照从小到大的顺序排序；按照排序的结果，从小到大依次判断：如果颜色aq3和颜色C（i‑1）不同，且由颜色C（i‑2）、颜色C（i‑1）、颜色aq3构成的组合是自适应De Bruijn彩色结构光编码图像中现有的任意相邻的三条彩色条纹的颜色的组合都不相同，那么RC(i)=rq3，GC(i)=gq3，BC(i)=bq3；利用以上步骤可以得到自适应De Bruijn彩色结构光编码图像。