本發(fā)明涉及物體的三維重建技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種單線結(jié)構(gòu)光解碼方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

線結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)是一項精準獲取物體的三維信息的技術(shù)，廣泛應用于科技和工業(yè)領(lǐng)域。通常，線結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)包括以下基本步驟：向目標物體投射線結(jié)構(gòu)光并掃描，采集經(jīng)由目標物體表面反射生成的圖案，對采集到的圖案信息進行解碼，還原目標物體的三維信息，用于對物體的三維重建。

就目前而言，線結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)的解碼方法采用的是空間檢測方法，通過檢測采集到的圖像每一行或列的峰值，完成對采集到的圖像信息的分析處理，從而完成解碼過程。但是，在一些復雜的掃描環(huán)境下，某些空間峰值在檢測時會產(chǎn)生條紋二義性的現(xiàn)象，會給后續(xù)的三維信息獲取和三維重建結(jié)果的精度造成嚴重的影響。

同時，空間檢測方法對圖像信息的分析處理效率低，往往會使得三維重建結(jié)果的精度有限，不能完整而正確地表達出被測目標表面的具體信息。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明實施例的目的在于提供一種對圖像信息的分析處理效率高且解碼精度高的解碼方法及系統(tǒng)，以改善現(xiàn)有技術(shù)中對物體的三維重建結(jié)果精度不高，無法真實地反映物體的具體情況等缺點。

就解碼方法而言，本發(fā)明較佳的實施例提供了一種單線結(jié)構(gòu)光解碼方法，應用于單線結(jié)構(gòu)光解碼系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括投影設備、攝像設備及分別與所述投影設備和攝像設備連接的計算設備，所述方法包括：

所述投影設備向被測物體表面投射單線結(jié)構(gòu)光，以對所述被測物體進行單線結(jié)構(gòu)光掃描；

所述攝像設備采集所述單線結(jié)構(gòu)光經(jīng)由所述被測物體表面反射形成的單線結(jié)構(gòu)光圖案；

所述計算設備對所述單線結(jié)構(gòu)光圖案進行處理得到單線結(jié)構(gòu)光圖案中各像素點在時間軸上的像素強度序列，通過對所述單線結(jié)構(gòu)光圖案中各像素點在時間軸上的像素強度序列進行傅里葉變換得到所述單線結(jié)構(gòu)光圖案中各像素點的相位，實現(xiàn)對所述單線結(jié)構(gòu)光的解碼。

就解碼系統(tǒng)而言，本發(fā)明較佳的實施例還提供了一種單線結(jié)構(gòu)光解碼系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括投影設備、攝像設備及分別與所述投影設備和攝像設備連接的計算設備，其中：

所述投影設備，用于向被測物體表面投射單線結(jié)構(gòu)光，以對所述被測物體進行單線結(jié)構(gòu)光掃描；

所述攝像設備，用于采集所述單線結(jié)構(gòu)光經(jīng)由所述被測物體表面反射形成的單線結(jié)構(gòu)光圖案；

所述計算設備，用于對所述單線結(jié)構(gòu)光圖案進行處理得到單線結(jié)構(gòu)光圖案中各像素點在時間軸上的像素強度序列，通過對所述單線結(jié)構(gòu)光圖案中各像素點在時間軸上的像素強度序列進行傅里葉變換得到所述單線結(jié)構(gòu)光圖案中各像素點的相位，實現(xiàn)對所述單線結(jié)構(gòu)光的解碼。

相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明實施例提供的單線結(jié)構(gòu)光解碼方法及系統(tǒng)具有以下有益效果：所述單線結(jié)構(gòu)光解碼方法及系統(tǒng)從傅里葉變換和時間軸解碼的角度出發(fā)，解決了空間檢測法引起的二義性問題，提高了整個解碼過程中對圖像信息的分析處理效率，較佳的完成了解碼過程，進而獲得精度更高的物體的三維信息，構(gòu)建精度更高的物體的三維圖像。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉本發(fā)明較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本發(fā)明較佳實施例提供的一種單線結(jié)構(gòu)光解碼系統(tǒng)的系統(tǒng)組成方框示意圖。

圖2為本發(fā)明較佳實施例提供的一種單線結(jié)構(gòu)光解碼方法的流程示意圖。

圖3為圖2中步驟S230的子步驟的一種流程示意圖。

圖4為圖3中子步驟S232的子步驟的一種流程示意圖。

圖5為本發(fā)明較佳實施例提供的另一種單線結(jié)構(gòu)光解碼方法的流程示意圖。

圖標：10-單線結(jié)構(gòu)光解碼系統(tǒng)；101-投影設備；102-攝像設備；103-計算設備。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。

因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“豎直”、“水平”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，或者是該發(fā)明產(chǎn)品使用時慣常擺放的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

此外，術(shù)語“水平”、“豎直”等術(shù)語并不表示要求部件絕對水平或懸垂，而是可以稍微傾斜。如“水平”僅僅是指其方向相對“豎直”而言更加水平，并不是表示該結(jié)構(gòu)一定要完全水平，而是可以稍微傾斜。

對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

請參照圖1，圖1是本發(fā)明較佳實施例提供的單線結(jié)構(gòu)光解碼系統(tǒng)10的系統(tǒng)組成方框示意圖。本發(fā)明實施例中的單線結(jié)構(gòu)光解碼系統(tǒng)10可以應用于對物體的三維重建技術(shù)中，提高三維重建結(jié)果的精度。如圖1所示，單線結(jié)構(gòu)光解碼系統(tǒng)10包括：投影設備101、攝像設備102及計算設備103。

所述投影設備101、攝像設備102以及計算設備103相互之間直接或間接地電性連接，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸或交互。例如，這些設備之間可通過一條或多條通訊總線或信號線實現(xiàn)電性連接，或者通過對無線信號的接收或發(fā)送實現(xiàn)設備之間的電性連接，完成數(shù)據(jù)的交互。

其中，所述投影設備101可以是，但不限于，激光掃描儀(Laser Scanner，LS)，數(shù)字光處理(Digital Light Procession，DLP)投影機，液晶顯示器(Liquid Cristal Display，LCD)投影機，陰極射線管(Cathode Ray Tube，CRT)投影機，硅基液晶(Liquid Crystal On Silicon，LCOS)投影機等。

所述攝像設備102可以是，但不限于，DVD數(shù)碼攝像機，硬盤式數(shù)碼攝像機，高清數(shù)碼攝像機，單反照相機，卡片照相機，長焦照相機等。

所述計算設備103為一帶有處理器的計算機，所述處理器可能是一種集成電路芯片，具有信號的處理能力，可以配合本發(fā)明實施例中所述計算設備103完成對所述攝像設備102采集到的單線機構(gòu)光圖案的處理。上述的處理器可以是通用處理器，包括中央處理器(Central Processing Unit，CPU)、網(wǎng)絡處理器(Network Processor，NP)等。還可以是數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)成可編程門陣列(FPGA)或者其他可編程邏輯器件、分立門或者晶體管邏輯器件、分立硬件組件?？梢詫崿F(xiàn)或者執(zhí)行本發(fā)明實施例中的公開的各方法、步驟及邏輯框圖。通用處理器可以是微處理器或者該處理器也可以是任何常規(guī)的處理器等。

可以理解的是，圖1所示的系統(tǒng)僅為單線結(jié)構(gòu)光解碼系統(tǒng)10的一種系統(tǒng)組成示意圖，所述單線結(jié)構(gòu)光解碼系統(tǒng)10還可包括比圖1中所示更多或者更少的組成設備，或者具有與圖1所示不同的設備配置。圖1中所示的各設備可以采用硬件、軟件或其組合實現(xiàn)。

在本發(fā)明較佳的實施例中，所述投影設備101用于向被測物體表面投射單線結(jié)構(gòu)光，以對所述被測物體進行單線結(jié)構(gòu)光掃描。所述投影設備101進行單線結(jié)構(gòu)光掃描的方式包括：

投影設備101按照預設的順序依次向所述被測物體的表面投射所述單線結(jié)構(gòu)光。

在本實施例中，所述投影設備101按照預設的順序在豎直或水平方向上依次向所述被測物體的表面投射單線結(jié)構(gòu)光，完成對所述被測物體進行掃描。所述單線結(jié)構(gòu)光可以是，但不限于，編碼后的單線結(jié)構(gòu)光，單純的單線結(jié)構(gòu)光。在本發(fā)明實施例中，所述投影設備101選定在豎直方向上向所述被測物體的表面投射編碼后的單線結(jié)構(gòu)光，當編碼后的單線結(jié)構(gòu)光被一個接一個依次投射在被測物體上時，在視覺上就像是一束光條紋在被測物體表面移動，完成了對被測物體的掃描。

通常情況下，向所述被測物體表面投射的編碼后的單線結(jié)構(gòu)光的圖像可用如下公式表示：

其中，是所述投影設備101坐標點(x^p,y^p)的像素強度。下標n代表了圖案的指數(shù)范圍[0,H-1](其中H代表了所述編碼后的單線結(jié)構(gòu)光的圖像高度且通常等于所述投影設備101的垂直分辨率)。δ(x)是狄拉克δ函數(shù)，又稱為單位脈沖函數(shù)。A^p和B^p是用戶定義的投影設備101的投影儀常數(shù)。一般地，A^p通常設為0而B^p設為255，這是8比特深度投影儀的最大強度值。因此，所述預設的順序即為將單線結(jié)構(gòu)光間隔一定距離從上往下或從下往上依次投射在被測物體表面。

在本發(fā)明較佳的實施例中，所述攝像設備102用于采集由所述投影設備101投射的單線結(jié)構(gòu)光在所述被測物體表面反射形成的單線結(jié)構(gòu)光圖案。

具體地，在本實施例中，所述攝像設備102針對依次投射在被測物體表面上述的單線結(jié)構(gòu)光進行相應的捕捉采集，獲得由單線結(jié)構(gòu)光在所述被測物體表面反射形成的單線結(jié)構(gòu)光圖案。所述攝像設備102將采集到的單線結(jié)構(gòu)光圖案的相關(guān)圖像數(shù)據(jù)傳輸給計算設備103。

根據(jù)拓撲原理，獲得的由單線結(jié)構(gòu)光在所述被測物體表面反射形成的單線結(jié)構(gòu)光圖案可用如下的公式表示：

其中，是攝像設備102坐標點(x^c,y^c)的像素強度，A^c表示平均像素強度且主要包含了周圍環(huán)境光，B^c是單線結(jié)構(gòu)光圖案中像素點的調(diào)制光強且與物體反射光成正比，N＝H/f是當前情況下捕捉圖案的總數(shù)，而Φ(x^c,y^c)代表了坐標點(x^c,y^c)對應的相位值。

在本發(fā)明較佳的實施例中，所述計算設備103用于對所述單線結(jié)構(gòu)光圖案進行處理得到單線結(jié)構(gòu)光圖案中各像素點在時間軸上的像素強度序列，通過對所述單線結(jié)構(gòu)光圖案中各像素點在時間軸上的像素強度序列進行傅里葉變換得到所述單線結(jié)構(gòu)光圖案中各像素點的相位，實現(xiàn)對所述單線結(jié)構(gòu)光的解碼。

在本實施方式中，通過使用一個較窄的離散傅立葉窗口來改善相位計算的精度。

具體地，所述計算設備103可通過對上述的由攝像設備102采集到的單線結(jié)構(gòu)光圖案的公式進行計算，得到一個確定的像素點(x^c,y^c)在時間軸上的像素強度序列，例如在n＝0,1,…,H/f上是一個離散信號((x^c,y^c)的符號在下文中省略)。

在本實施方式中，所述計算設備103通過對單線結(jié)構(gòu)光圖案中各像素點在時間軸上的像素強度序列進行傅里葉變換得到所述單線結(jié)構(gòu)光圖案中各像素點的相位的方式，包括：

將進行離散傅里葉變換所對應的離散傅里葉變換窗口分割為多個離散傅里葉變換子窗口。

根據(jù)各像素點所屬的離散傅里葉變換子窗口的窗口序列號，計算各像素點在所述單線結(jié)構(gòu)光圖案中的相位。

具體地，所述進行離散傅里葉變換所對應的離散傅里葉變換窗口為針對所述攝像設備102采集到的所有單線結(jié)構(gòu)光圖案進行整體的離散傅里葉變換所需的一種計算窗口。而所述離散傅里葉變換子窗口為經(jīng)由所述離散傅里葉變換窗口分割后的可對相應部分的單線結(jié)構(gòu)光圖案進行離散傅里葉變換的子窗口。在本發(fā)明實施方式中，H代表了編碼后的單線結(jié)構(gòu)光的圖像高度，即為攝像設備102采集到的單線結(jié)構(gòu)光圖案的整體高度，可表示離散傅里葉變換窗口的尺寸。而所述離散傅里葉變換子窗口的尺寸大小可以用N＝H/f表示，f為投影設備101向被測物體表面投射單線結(jié)構(gòu)光時的當前頻率，N為單個的所述離散傅里葉變換子窗口內(nèi)蘊含的單線結(jié)構(gòu)光圖案的個數(shù)。因此，可以用窗口序列號表示相應的劃分出來的離散傅里葉變換子窗口，用i表示。而i的范圍為[0,1,2,...,f-1]，即子窗口的個數(shù)與當前頻率f的值相等。

在本實施方式中，所述計算設備103根據(jù)各像素點所屬的離散傅里葉變換子窗口的窗口序列號，計算各像素點在所述單線結(jié)構(gòu)光圖案中的相位的方式，包括：

計算各像素點在單線結(jié)構(gòu)光圖案中的調(diào)制光強，將計算得到的各像素點的調(diào)制光強與預設的調(diào)制光強進行比較。

當像素點的調(diào)制光強大于預設的調(diào)制光強時，計算所述像素點在單線結(jié)構(gòu)光圖案中的相位。

在本實施方式中，確定各像素點所屬的離散傅里葉變換子窗口的窗口序列號，然后針對各像素點進行相位的計算，而各像素點在所述單線結(jié)構(gòu)光圖案中的調(diào)制光強的計算公式如下：

其中，B^c代表所述像素點的調(diào)制光強。

在本實施例中，向被測物體表面投射的線結(jié)構(gòu)光是周期性的，在一個周期中，環(huán)境光強可以認定為不變的，單線結(jié)構(gòu)光圖案中各像素點的相位也因此幾乎不受到周圍環(huán)境光線的影響。由上述B^c的計算公式可知，當為常數(shù)時，B^c的值也近似為0，即與掃描區(qū)域相比背景區(qū)域的B^c值是比較小的。通過對背景區(qū)域的B^c值的濾除，可以減小對相位計算的誤差，提高相位計算的精度，提高獲取到的物體的三維信息的精度。

在本實施方式中，預設的調(diào)制光強是選定眾多像素點的B^c值中相關(guān)的一個較大的B^c值作為閾值，如果像素點的B^c值大于閾值，則該像素點屬于對應的掃描區(qū)域，否則就屬于背景區(qū)域，從而將掃描區(qū)域和背景區(qū)域分離了出來。排除背景區(qū)域中的像素點對掃描區(qū)域中的像素點的相位計算的影響，提高了計算后的相位精度，確定了所述像素點所屬的離散傅里葉變換子窗口的窗口序列號，具體的相位計算過程可由下式可得。

具體地，通過上述區(qū)域分離處理，辨識出處理后的單線結(jié)構(gòu)光圖案的每個像素點所屬的離散傅立葉變換子窗口的窗口序列號，然后對位于掃描區(qū)域中的任一像素點，可以使用下式計算相應的相位：

其中，Φ代表所述像素點在單線結(jié)構(gòu)光圖案中的相位，i＝[0,1,2,...,f-1]表示所述像素點所屬的離散傅里葉變換子窗口的窗口序列號，表示所述像素點在時間軸上的像素強度序列，N＝H/f表示當前頻率f離散傅里葉變換子窗口的窗口尺寸，H表示當前頻率f下離散傅里葉變換窗口的窗口尺寸，N同時表示離散傅里葉變換子窗口中采集到的所述單線結(jié)構(gòu)光圖案的數(shù)量。

在本發(fā)明較佳的實施例中，所述計算設備103還可用于對單線結(jié)構(gòu)光按照時間編碼策略進行編碼。

具體地，所述計算設備103對單線結(jié)構(gòu)光按照時間編碼策略進行編碼后，將編碼后的單線結(jié)構(gòu)光傳送給所述投影設備101，以對被測物體進行單線結(jié)構(gòu)光掃描。

在本發(fā)明較佳的實施例中，所述計算設備103還用于根據(jù)所述單線結(jié)構(gòu)光圖案中各像素點的相位及相位-坐標轉(zhuǎn)換矩陣獲得所述被測物體的三維信息，并根據(jù)所述被測物體的三維信息構(gòu)建所述被測物體的三維圖像。

具體地，所述相位-坐標轉(zhuǎn)換矩陣為像素點的相位與被測物體表面上與所述像素點相對應坐標之間的轉(zhuǎn)換矩陣，即可通過像素點的相位信息獲得該像素點在被測物體表面上的坐標信息，進而獲得被測物體的三維信息，從而構(gòu)建被測物體的三維圖像。

請參照圖2，圖2是本發(fā)明較佳實施例提供的一種單線結(jié)構(gòu)光解碼方法的流程示意圖，以下對所述方法的具體流程進行描述。

在本實施例中，所述單線結(jié)構(gòu)光解碼方法可以包括以下步驟：

步驟S210，投影設備101向被測物體表面投射單線結(jié)構(gòu)光，以對所述被測物體進行單線結(jié)構(gòu)光掃描。

在本實施例中，所述步驟S210由圖1中所示的投影設備101執(zhí)行，所述步驟S210詳細描述可以參照對所述投影設備101的具體描述。所述步驟S210中的單線結(jié)構(gòu)光可以是所述計算設備103按照時間編碼策略編碼后得到的單線結(jié)構(gòu)光。

步驟S220，攝像設備102采集所述單線結(jié)構(gòu)光經(jīng)由所述被測物體表面反射形成的單線結(jié)構(gòu)光圖案。

在本實施例中，所述步驟S220由圖1中所示的攝像設備102執(zhí)行，所述步驟S220詳細描述可以參照對所述攝像設備102的具體描述。

步驟S230，計算設備103對所述單線結(jié)構(gòu)光圖案進行處理得到單線結(jié)構(gòu)光圖案中各像素點在時間軸上的像素強度序列，通過對所述單線結(jié)構(gòu)光圖案中各像素點在時間軸上的像素強度序列進行傅里葉變換得到所述單線結(jié)構(gòu)光圖案中各像素點的相位，實現(xiàn)對所述單線結(jié)構(gòu)光的解碼。

具體地，請參照圖3，圖3是圖2中步驟S230的子步驟的一種流程示意圖，所述步驟S230可以包括：

子步驟S231，將進行離散傅里葉變換所對應的離散傅里葉變換窗口分割為多個離散傅里葉變換子窗口。

子步驟S232，根據(jù)各像素點所屬的離散傅里葉變換子窗口的窗口序列號，計算各像素點在所述單線結(jié)構(gòu)光圖案中的相位。

在本實施例中，所述子步驟S231及子步驟S232均由圖1中所示的計算設備103執(zhí)行，所述子步驟S231及子步驟S232的詳細描述可以參照對所述計算設備103的具體描述。

具體地，請參照圖4，圖4是圖3中子步驟S232的子步驟的一種流程示意圖，所述步驟S232可以包括：

子步驟S2321，計算各像素點在單線結(jié)構(gòu)光圖案中的調(diào)制光強，將計算得到的各像素點的調(diào)制光強與預設的調(diào)制光強進行比較。

子步驟S2322，當像素點的調(diào)制光強大于預設的調(diào)制光強時，計算所述像素點在單線結(jié)構(gòu)光圖案中的相位。

在本實施例中，所述子步驟S2321及子步驟S2322均由圖1中所示的計算設備103執(zhí)行，所述子步驟S2321及子步驟S2322的詳細描述可以參照對所述計算設備103的具體描述。

請參照圖5，圖5是本發(fā)明較佳實施例提供的另一種單線結(jié)構(gòu)光解碼方法的流程示意圖，所述單線結(jié)構(gòu)光解碼方法還包括步驟S240和步驟S250。

所述步驟S240，根據(jù)所述單線結(jié)構(gòu)光圖案中各像素點的相位及相位-坐標轉(zhuǎn)換矩陣獲得所述被測物體的三維信息。

所述步驟S250，根據(jù)所述被測物體的三維信息構(gòu)建所述被測物體的三維圖像。

在本實施例中，所述步驟S240和步驟S250均由圖1中所示的計算設備103執(zhí)行，所述步驟S240和步驟S250的詳細描述可以參照對所述計算設備103的具體描述。

綜上所述，本發(fā)明實施例提供的單線結(jié)構(gòu)光解碼方法及系統(tǒng)。所述單線結(jié)構(gòu)光解碼方法及系統(tǒng)從傅里葉變換和時間軸解碼的角度出發(fā)，解決了空間檢測法引起的二義性問題，提高了整個解碼過程中對圖像信息的分析處理效率，較佳的完成了解碼過程，進而獲得精度更高的物體的三維信息，構(gòu)建精度更高的物體的三維圖像。

需要說明的是，在本文中，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。