一種n頻編碼結(jié)構(gòu)光解碼快速算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 一種n頻編碼結(jié)構(gòu)光解碼快速算法屬于結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 三維形貌測量在科學(xué)研宄、醫(yī)學(xué)診斷、工程設(shè)計、刑事偵查等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng) 用。而結(jié)構(gòu)光作為眾多三維形貌測量手段的重要組成部分，以其非接觸式、成本低、分辨率 高和速度快的優(yōu)勢，受到了各國學(xué)者和工程技術(shù)人員的廣泛關(guān)注，并得到了快速發(fā)展。
[0003] 結(jié)構(gòu)光是一組由投影儀和攝像頭組成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。用投影儀投射特定的光信息到 物體表面后及背景后，再由攝像頭進(jìn)行采集，根據(jù)物體造成的光信號變化來計算物體的位 置和深度信息，進(jìn)而復(fù)原整個物體三維形貌。
[0004] 結(jié)構(gòu)光最簡單的形式就是向物體表面投射單一頻率光束，然而，單一頻率的投影 光不僅抗干擾能力差，而且量程也只局限于投影光的一個周期；解決這個問題，可以采用兩 束或多束不同頻率投影光相組合的方式，例如本課題組在2014年11月18日申請了發(fā)明專 利《一種雙頻模擬編碼光容錯相位展開工程方法》，并公開了一種解碼算法。然而，在應(yīng)用時 發(fā)現(xiàn)，該發(fā)明專利所公開的解碼算法僅可以實現(xiàn)雙頻編碼光有效解碼，而不適用于對三頻 及更多頻編碼光進(jìn)行解碼。
[0005] 針對上述問題，本課題組申請了發(fā)明專利《一種n頻編碼結(jié)構(gòu)光解碼算法》，并在 具體實施例中驗證了該發(fā)明能夠?qū)﹄p頻及多頻編碼結(jié)構(gòu)光進(jìn)行解碼。然而，這種算法需要 窮盡所有可能才能完成解碼運算，而從具體實施例三、具體實施例四和具體實施例五可以 看出，對于四頻編碼結(jié)構(gòu)光，就可能存在三千多萬種可能，并可以分析出，隨著頻數(shù)的增加， 可能性會成指數(shù)形式上升，也使得解碼運算量成指數(shù)形式上升，完成解碼，勢必消耗很長的 運算時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對本課題組申請發(fā)明《一種n頻編碼結(jié)構(gòu)光解碼算法》中，所公開的解碼算法運 算量大，耗時長的缺點，本發(fā)明公開了一種n頻編碼結(jié)構(gòu)光解碼快速算法，該算法可以實現(xiàn) 對n頻編碼結(jié)構(gòu)光快速解碼。
[0007] 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：
[0008] -種n頻編碼結(jié)構(gòu)光解碼快速算法，由兩個步驟組成：
[0009] 步驟一、將編碼光按照周期從大到小的順序進(jìn)行排序，并記錄和計算所需參數(shù)；
[0010] 步驟二、按順序查找各組編碼結(jié)構(gòu)光周期序號，并計算空間位置。
[0011] 上述n頻編碼結(jié)構(gòu)光解碼快速算法，記錄和計算所需參數(shù)，具體為：
[0012] 排序后編碼結(jié)構(gòu)光的周期分別為：a2、…、an，并且有：ai>a2>…〉an;
[0013] 排序后編碼結(jié)構(gòu)光在量程范圍內(nèi)所包含的周期數(shù)分別為：&、N2、…、Nn，并且有： N,N2〈…<Nn;
[0014] 排序后編碼結(jié)構(gòu)光與空間位置相對應(yīng)的相位主值分別為：灼、％、…、％。
[0015] 上述n頻編碼結(jié)構(gòu)光解碼快速算法，所述的步驟二具體為：
[0016] S201、設(shè)定i= 0,j= 0,k= 2 ;
[0017] S202、判斷卻+奶是否等于％/ + %，如果：
[0018] 否，進(jìn)入步驟S203，
[0019] 是，進(jìn)入步驟S204，
[0020] S203、判斷j是否等于Nk_l，如果：
[0021] 否，j=j+1，直接回到S202 ;
[0022] 是，i=i+1，j= 0,k= 2,回到S202 ;
[0023] S204、判斷k是否等于n，如果：
[0024] 否，j= 〇,k=k+1，回到步驟S202 ;
[0025] 是，計算￥ +奶，結(jié)束。
[0026] -種實現(xiàn)上述n頻編碼結(jié)構(gòu)光解碼快速算法的投影采集系統(tǒng)，包括投影儀、被測 物、以及圖像采集系統(tǒng)，所述的投影儀向被測物投影結(jié)構(gòu)光，圖像采集系統(tǒng)采集投射有結(jié)構(gòu) 光的被測物圖像，所述投影儀按照周期從大到小的順序投射結(jié)構(gòu)光。
[0027] 有益效果：
[0028] 第一、由于步驟一將編碼光按照周期從大到小的順序進(jìn)行排序，因此在量程范圍 內(nèi)，各編碼結(jié)構(gòu)光的周期數(shù)量從小到大，在這樣的條件下實施步驟二，使作為判斷基準(zhǔn)的第 一個編碼光搜索次數(shù)最少，有利于提高解碼速度。
[0029] 第二、沿用本課題組《一種n頻編碼結(jié)構(gòu)光解碼算法》數(shù)組的定義，本發(fā)明步驟二 提供的搜索算法，可以實現(xiàn)以下功能：只要發(fā)現(xiàn)數(shù)組中存在兩個不相等的元素，就不再計算 包含這兩個元素的所有數(shù)組，因此可以大幅減少運算量，實現(xiàn)對n頻編碼結(jié)構(gòu)光進(jìn)行快速 解碼。
[0030] 以上兩個有益效果相結(jié)合，可以實現(xiàn)快速搜索解碼。
【附圖說明】
[0031] 圖1為本發(fā)明n頻編碼結(jié)構(gòu)光解碼快速算法流程圖。
[0032] 圖2為本發(fā)明n頻編碼結(jié)構(gòu)光解碼快速算法中步驟二的流程圖。
[0033] 圖3為兩項發(fā)明計算結(jié)果與運算時間對比圖。
【具體實施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0035] 本實施例的n頻編碼結(jié)構(gòu)光解碼快速算法，以本課題組申報的發(fā)明專利《一種n頻 編碼結(jié)構(gòu)光解碼算法》中，具體實施例三所采用的四頻數(shù)據(jù)為例，驗證本發(fā)明方法具有運算 速度快的技術(shù)優(yōu)勢。
[0036] 本實施例的n頻編碼結(jié)構(gòu)光解碼快速算法，流程圖如圖1所示，該算法由兩個步驟 組成：
[0037] 步驟一、將編碼光按照周期從大到小的順序進(jìn)行排序，并記錄和計算所需參數(shù)；
[0038] 步驟二、按順序查找各組編碼結(jié)構(gòu)光周期序號，并計算空間位置。
[0039] 其中，步驟一所述的記錄和計算所需參數(shù)，包括：
[0040] 排序后編碼結(jié)構(gòu)光的周期分別為：
[0041] &1= 7
[0042] a2= 6
[0043] ；
[0044] a3= 5
[0045] a4= 4
[0046] 排序后編碼結(jié)構(gòu)光在量程范圍內(nèi)所包含的周期數(shù)分別為：
[0047] N:= 60
[0048] N2= 70
[0049] ；
[0050] N3= 84
[0051] N4= 105
[0052] 排序后編碼結(jié)構(gòu)光與空間位置相對應(yīng)的相位主值分別為：仍、朽、…、％。
[0057] 步驟二的具體流程如圖2所示，包括以下步驟：
[0058] S201、設(shè)定i= 0,j= 0,k= 2 ;
[0059] S202、判斷卻+奶是否等于％/ + %，如果：
[0060] 否，進(jìn)入步驟S203，
[0061] 是，進(jìn)入步驟S204，
[0062] S203、判斷j是否等于Nk_l，如果：
[0063] 否，j=j+l，直接回到S202 ;
[0064] 是，i=i+l，j= 〇,k= 2,回到S202 ;
[0065] S204、判斷k是否等于n，如果：
[0066] 否，j= 〇,k=k+1，回到步驟S202 ;
[0067] 是，計算￥ +灼，結(jié)束。
[0068] 按照上述流程，在matlab軟件中編程序如下：
[0069]
[0070]
[0071] 得到的結(jié)果為x= 188,所用時間為0? 000101s。
[0072] 為了驗證本文算法具有運算速度快的優(yōu)勢，再在matlab軟件中編寫本課題組申 報的發(fā)明專利《一種n頻編碼結(jié)構(gòu)光解碼算法》所涉及算法的程序，如下：
[0073]
[0075] 得到的結(jié)果同樣為x= 188,所用時間為0. 586093s。
[0076] 以上結(jié)果在matlab中的顯示，即對比結(jié)果如圖3所示。
[0077] 根據(jù)兩種算法得到的結(jié)果完全一致，驗證了本發(fā)明算法的正確性，根據(jù)本發(fā)明算 法用時遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于另一項發(fā)明的算法用時，驗證了本發(fā)明算法具有快速運算的技術(shù)優(yōu)勢。
[0078] 以上實施例均采用以下投影采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括投影儀、被測物、以及圖像采集 系統(tǒng)，所述的投影儀向被測物投影結(jié)構(gòu)光，圖像采集系統(tǒng)采集投射有結(jié)構(gòu)光的被測物圖像， 這些技術(shù)特征均與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)完全一致，在此不再重復(fù)說明。區(qū)別在于，所述投影儀按 照周期從大到小的順序投射結(jié)構(gòu)光。
【主權(quán)項】
1. 一種η頻編碼結(jié)構(gòu)光解碼快速算法，其特征在于，由兩個步驟組成： 步驟一、將編碼光按照周期從大到小的順序進(jìn)行排序，并記錄和計算所需參數(shù)； 步驟二、按順序查找各組編碼結(jié)構(gòu)光周期序號，并計算空間位置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的η頻編碼結(jié)構(gòu)光解碼快速算法，其特征在于，記錄和計算所需 參數(shù)，具體為： 排序后編碼結(jié)構(gòu)光的周期分別為：、…、an，并且有：aPaP…〉an; 排序后編碼結(jié)構(gòu)光在量程范圍內(nèi)所包含的周期數(shù)分別為N2、…、Nn，并且有： N^N2〈…<Nn; 排序后編碼結(jié)構(gòu)光與空間位置相對應(yīng)的相位主值分別為％、…、％。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的η頻編碼結(jié)構(gòu)光解碼快速算法，其特征在于，所述的步驟二具 體為： 5201、 SSi = 0，j=0，k = 2; 5202、 判斷即_ +奶是否等于％/ + ?，如果： 否，進(jìn)入步驟S203， 是，進(jìn)入步驟S204， 5203、 判斷j是否等于Nk-1，如果： 否，j = j+Ι，直接回到S202 ; 是，i = i+1，j = 0, k = 2,回到 S202 ; 5204、 判斷k是否等于n，如果： 否，j = 0, k = k+Ι，回到步驟 S202 ; 是，計算<￥' +供，結(jié)束。4. 一種實現(xiàn)權(quán)利要求1、2和3所述η頻編碼結(jié)構(gòu)光解碼快速算法的投影采集系統(tǒng)，包 括投影儀、被測物、以及圖像采集系統(tǒng)，所述的投影儀向被測物投影結(jié)構(gòu)光，圖像采集系統(tǒng) 采集投射有結(jié)構(gòu)光的被測物圖像，其特征在于，所述投影儀按照周期從大到小的順序投射 結(jié)構(gòu)光。
【專利摘要】一種n頻編碼結(jié)構(gòu)光解碼快速算法屬于結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)領(lǐng)域；該方法首先將編碼光按照周期從大到小的順序進(jìn)行排序，并記錄和計算排序后編碼結(jié)構(gòu)光的周期、在量程范圍內(nèi)所包含的周期數(shù)、以及與空間位置相對應(yīng)的相位主值；然后按順序查找各組編碼結(jié)構(gòu)光周期序號，并計算空間位置，從第一個編碼光的第一種可能開始，逐條向其他編碼光進(jìn)行搜索，直到搜索到所有編碼光都有相同的計算結(jié)果，進(jìn)而計算得到空間位置；本發(fā)明n頻編碼結(jié)構(gòu)光解碼快速算法，可以實現(xiàn)快速搜索解碼。
【IPC分類】G01B11/24
【公開號】CN104897081
【申請?zhí)枴緾N201510333039
【發(fā)明人】于曉洋, 孟曉亮, 張吉勛, 孫曉明, 于舒春, 吳海濱, 趙煙橋
【申請人】哈爾濱理工大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年6月16日