專利名稱：基于二維彩色光編碼的實(shí)時(shí)三維視覺系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種實(shí)時(shí)三維視覺系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在一個(gè)編碼結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)中，用于照明場(chǎng)景的光模板是經(jīng)過特別設(shè)計(jì)的，模板圖像上每個(gè)象素都有它特定的代碼，所以，實(shí)現(xiàn)時(shí)需要從代碼到相應(yīng)象素坐標(biāo)的直接映射。這些代碼通常是一些簡單的數(shù)字，可以由灰度、顏色或者特定幾何形狀來表示這些圖象映射代碼。一般地，如果要編碼點(diǎn)的數(shù)量越多，代碼字就要越多，而把這些代碼映射到相應(yīng)的圖形上也就越困難。Batlle等廣泛研究了過去十年里發(fā)展起來的圖象映射技術(shù)，并把編碼分為時(shí)間多分辨率法、鄰域編碼法和直接法等三種。時(shí)間多分辨率法通過映射圖象時(shí)間序列產(chǎn)生代碼字，所以每一個(gè)圖象結(jié)構(gòu)都很簡單。鄰域編碼法用獨(dú)特的圖案代替代碼字，但增加了圖形的復(fù)雜程度。直接法則為每個(gè)象素定義一個(gè)代碼字。
基于時(shí)間復(fù)用技術(shù)的時(shí)間多分辨率法，是時(shí)序編碼的最普遍的策略之一。這種圖象能實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)量，這主要是由于兩個(gè)原因首先，因?yàn)槟切?fù)合圖案映射成的代碼基很小(通常只是二進(jìn)制數(shù))，因此是一種很容易在彼此編碼字中區(qū)分的簡單編碼方式。其次，通過一個(gè)從粗到細(xì)的過程，當(dāng)圖象被連續(xù)映射的時(shí)候，象素的位置也正在被逐步精確地輸入。這個(gè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)行，完成高空間分辨率和精確的三維測(cè)量。但是，其主要的弊端是當(dāng)有運(yùn)動(dòng)物體需要多圖案映射的時(shí)候，這個(gè)技術(shù)就不適用?；谟成涔鈻艌D象輸入灰度代碼技術(shù)能獲得很好的精度，但是不能達(dá)到最大的分辨率。為了獲得大的分辨率，一個(gè)基于灰度編碼和相移的技術(shù)被加以使用，它的主要缺點(diǎn)是要用大量的映射圖案(大于24幅)。如果最大的空間分辨率不是應(yīng)用的主要目標(biāo)，要把映射圖象的數(shù)量減到最小限度，那么編碼的光映射技術(shù)就比較合適。這種方法即獲得了較高的精確度，同時(shí)以指數(shù)形式減少了需映射的圖象數(shù)量。
直接編碼技術(shù)創(chuàng)造一種圖形以便把每一個(gè)象素都能通過它上面的信息來標(biāo)記。這樣某個(gè)點(diǎn)的代碼字就被包含在一個(gè)獨(dú)特的灰度圖案里。最近Griffin和Salvi等人在這項(xiàng)技術(shù)上做的工作給我們帶來了很有用的參考依據(jù)。為了達(dá)到唯一性，既用了大范圍的顏色值又采用周期性。雖然到達(dá)很高的三維信息分辨率在理論上能實(shí)現(xiàn)，但是由于噪聲的存在，使得代碼字之間的距離幾乎為零。再者，圖象的顏色不只是取決于影象的顏色還取決于物體表面本身的顏色，因此至少需要拍攝一張以上的參考圖象用于三維重建，所以，這些技術(shù)并不適合于動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的重建和分析。
空間鄰近編碼法是結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)中的另外一種主要的方法。這種方法在一個(gè)圖案中集中所有的編碼模式，用圖象點(diǎn)標(biāo)記過代碼字可以從它周圍鄰近的點(diǎn)上進(jìn)行分析得到。然而其譯碼階段變得比較困難，因?yàn)橛袝r(shí)候空間鄰近區(qū)域可能丟失而產(chǎn)生三維計(jì)算錯(cuò)誤。一般地，那些聚集在鄰域中的可視化特征是那些灰度和顏色的區(qū)域結(jié)構(gòu)。空間鄰近技術(shù)可以分成三類非正態(tài)的編碼法，De Bruijn序列和M陣。這些技術(shù)與時(shí)間復(fù)用技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)是這些策略允許測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的表面。然而，因?yàn)檫@個(gè)方法必須被壓縮到同一幅圖象中，空間分辨率比較低。此外，要假定被測(cè)物體的局部表面光滑性從而保證正確的灰度譯碼。
現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)常用單行條紋碼，這種方法的好處是大大簡化了匹配的問題，但是缺點(diǎn)是在每個(gè)圖象的連續(xù)鏡頭中只能獲得一條數(shù)據(jù)點(diǎn)的條紋。為了加速數(shù)據(jù)采集過程，可以采用多行條紋來代替。Osawa等人用四個(gè)灰度圖案的空間—時(shí)間掃描法，當(dāng)用相機(jī)拍照的時(shí)候，各式各樣的灰度代碼以時(shí)間序列形式映射到物體。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是加速了獲得三維圖象的過程同時(shí)也簡化了匹配問題。但是，它還是需要幾次連續(xù)拍攝多幅圖象來產(chǎn)生時(shí)間序列代碼。為了減少輸入圖象的數(shù)量，產(chǎn)生彩色條紋圖案，同時(shí)用照相機(jī)在各個(gè)視點(diǎn)進(jìn)行拍攝。有人使用了未被矯正過的結(jié)構(gòu)光源射出各種彩色條紋形式，并結(jié)合彩色結(jié)構(gòu)光和立體視覺，只使用一部照相機(jī)抓獲映射條紋圖案的圖片，然后在圖象中進(jìn)行邊緣匹配。
與結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)相比，這個(gè)使用線性條紋LCD或DLP投影機(jī)的系統(tǒng)具有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是在一個(gè)場(chǎng)景中測(cè)量相同數(shù)量的物體的點(diǎn)需要較少的圖象。但是，它仍需要數(shù)幅圖片(通常是8到12幅)才能復(fù)原一個(gè)三維場(chǎng)景的圖象。所以，它的速度和應(yīng)用受到了一定制約，通常，只能用來重建靜態(tài)物體。對(duì)于動(dòng)態(tài)場(chǎng)景，只能獲取一張圖片以觀察運(yùn)動(dòng)物體的三維信息。在這種情況下，用一張圖片獲得三維圖象就十分令人期待了。

發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有的三維視覺系統(tǒng)的重建效率低、系統(tǒng)速度受限、動(dòng)態(tài)圖象實(shí)時(shí)性差的不足，本發(fā)明公開一種采用特殊柵格圖案實(shí)現(xiàn)三維圖象重建。這是一種效率高、系統(tǒng)速度快、實(shí)時(shí)性好的基于二維彩色光編碼的實(shí)時(shí)三維視覺系統(tǒng)。
本發(fā)明解決問題所采用的技術(shù)方案是一種基于二維彩色光編碼的實(shí)時(shí)三維視覺系統(tǒng)，包括一數(shù)字放映機(jī)，用以把光模板投射到物體上；一攝像機(jī)，用以獲取圖象；一微處理器，用以形成彩色調(diào)制光和進(jìn)行三維重建，所述的微處理器包括有一顏色集合模塊，用以形成顏色集合P＝{c1，c2，c3，...ci，...}，i≥3，其中ci表示一種特定波長的光波或者顏色；一編碼模塊，用以從所述的顏色集合中選出元素，并進(jìn)行特定的編碼組合成編碼字，所述的編碼字的領(lǐng)域具有唯一性；一編碼字輸出模塊，用以將所述的編碼字一一對(duì)應(yīng)到光投影器件以輸出光束；一三維坐標(biāo)計(jì)算模塊，用以將獲取的圖像對(duì)應(yīng)到光模板并計(jì)算得到三維空間坐標(biāo)，所述的編碼模塊中，用以根據(jù)顏色集合P，構(gòu)造一個(gè)最長的水平代碼序列
Sh＝[c1，c2，c3，...，cm] (1)其中，m是序列的長度，對(duì)于任何鄰近的顏色對(duì)，它滿足式(2)ci≠ci+1，1≤i＜m (2)；并且任意三個(gè)相鄰顏色的組合Th3i＝[cici+1ci+2]在序列中是唯一存在的，參見式(3)Th3i≠Th3j， i≠j，1≤i，j≤m-2 (3)水平序列長度的最大值Sh是Length(Sh)＝p(p-1)(p-1)+2；再構(gòu)造一個(gè)最長的垂直序列Sv＝[c1，c2，c3，...，cn](4)其中n是序列的長度，對(duì)于其中的任意顏色對(duì)，它不僅僅滿足式(2)，還滿足唯一性條件[cici+1]≠[cjcj+1]，i≠j，1≤i，j≤m-1(5)由P個(gè)顏色產(chǎn)生的垂直序列，其長度的最大值Sv是Length(Sv)＝p(p-1)+1；根據(jù)P個(gè)顏色產(chǎn)生的最長水平序列和P-1個(gè)顏色產(chǎn)生的最長垂直序列通過卷積運(yùn)算構(gòu)建彩色映射矩陣S，參見(6)S＝ShSv(6)；該矩陣S滿足條件1W={wijwij≠wkl,(i,j)≠(k,l),2≤i,k≤(m-1),2≤j,l≤(n-1)---(7)]]>
條件2M={xijxij≠xi-1,j,xij≠xi+1,j,xij≠xi,j+1,xij≠xi,j-1,1≤i≤m,1≤j≤n}---(8)]]>其中，xij是彩色映射矩陣S中的第i行和j列的彩色網(wǎng)格點(diǎn)，字wij是一個(gè)五元組序列{xij，xi,j-1，xi-1，j，xi，j+1，xi+1，j}。
進(jìn)一步，所述的彩色映射矩陣為柵格圖案，每兩個(gè)相鄰彩色柵格點(diǎn)顏色之間存在設(shè)定的最小距離。
再進(jìn)一步，所述的卷積運(yùn)算的規(guī)則為矩陣的第一行由Sh定義，第二行是由以p為模加Sv的第一個(gè)元素到Sh的每個(gè)元素中去創(chuàng)造出來的，其中模數(shù)操作只在集合{1，2.....p}中不包括0元素，第三行是由以p為模加Sv的第二個(gè)元素到Sh的每個(gè)元素中去創(chuàng)造出來的，依次類推。
本發(fā)明的工作原理是根據(jù)應(yīng)用對(duì)象設(shè)計(jì)一個(gè)顏色集，顏色集中包含特定種互不相同的顏色，然后用上述方法分別構(gòu)造一個(gè)水平代碼序列和垂直代碼，再生成一個(gè)彩色映射矩陣S；結(jié)構(gòu)光視覺系統(tǒng)通過投影儀把這個(gè)彩色映射矩陣S所對(duì)應(yīng)的光圖案投射到場(chǎng)景中，一個(gè)攝像機(jī)檢測(cè)到物體表面顏色的分布；圖像中顏色的分布經(jīng)過解碼后可以譯出每個(gè)象素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的投影坐標(biāo)，再利用系統(tǒng)定標(biāo)參數(shù)(即攝像機(jī)和投影儀的兩個(gè)透視轉(zhuǎn)換矩陣)，便可以進(jìn)行三維重建以測(cè)量場(chǎng)景中每一個(gè)可見點(diǎn)的三維坐標(biāo)。由于系統(tǒng)工作過程中只需要獲取一幅場(chǎng)景圖像，而且圖像也只需在局部進(jìn)行處理，因此工作效率非常高，可以用于實(shí)時(shí)三維系統(tǒng)。
模板彩色光映射矩陣S經(jīng)數(shù)字放映機(jī)輸出，場(chǎng)景中的三維物體被彩色調(diào)制，然后通過分析圖像中的顏色分布就可以進(jìn)行快速三維重建。
本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1、只需讀取單幅圖象即可對(duì)三維場(chǎng)景進(jìn)行測(cè)量；2、效率高、系統(tǒng)速度快；3、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)性好。


圖1是典型的灰色編碼法示意圖。
圖2是Griffin等人設(shè)計(jì)的編碼圖形。
圖3是Salvi等人設(shè)計(jì)的編碼圖形。
圖4是本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明所采用的柵格圖案示意圖。
圖6是由七種顏色產(chǎn)生的32×212柵格圖案的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
圖1是典型的灰色編碼法示意圖，圖2和圖3是Griffin和Salvi等人近幾年所設(shè)計(jì)的編碼圖形。本發(fā)明中，參照?qǐng)D4、圖5，一種基于二維彩色光編碼的實(shí)時(shí)三維視覺系統(tǒng)，包括一數(shù)字放映機(jī)，用以把光模板投射到物體上；一攝像機(jī)，用以獲取圖象；一微處理器，用以形成彩色調(diào)制光和進(jìn)行三維重建，所述的微處理器包括有一顏色集合模塊，用以形成顏色集合P＝{c1，c2，c3，...ci，...}，i≥3，其中ci表示一種特定波長的光波或者顏色；一編碼模塊，用以從所述的顏色集合中選出元素，并進(jìn)行特定的編碼組合成編碼字，所述的編碼字的領(lǐng)域具有唯一性；一編碼字輸出模塊，用以將所述的編碼字一一對(duì)應(yīng)到光投影器件以輸出光束；一三維坐標(biāo)計(jì)算模塊，用以將獲取的圖像對(duì)應(yīng)到光模板并計(jì)算得到三維空間坐標(biāo)，所述的編碼模塊中，用以根據(jù)顏色集合P，構(gòu)造一個(gè)最長的水平代碼序列Sh＝[c1，c2，c3，...，cm](1)其中，m是序列的長度，對(duì)于任何鄰近的顏色對(duì)，它滿足式(2)ci≠ci+1， 1≤i＜m (2)；
并且任意三個(gè)相鄰顏色的組合Th3i＝[cici+1ci+2]在序列中是唯一存在的，參見式(3)Th3i≠Th3j， i≠j，1≤i，j≤m-2 (3)水平序列長度的最大值Sh是Length(Sh)＝p(p-1)(p-1)+2；再構(gòu)造一個(gè)最長的垂直序列Sv＝[c1，c2，c3，...，cn] (4)其中n是序列的長度，對(duì)于其中的任意顏色對(duì)，它不僅僅滿足式(2)，還滿足唯一性條件[cici+1]≠[cjcj+1]，i≠j，1≤i，j≤m-1(5)由P個(gè)顏色產(chǎn)生的垂直序列，其長度的最大值Sv是Length(Sv)＝p(p-1)+1；根據(jù)P個(gè)顏色產(chǎn)生的最長水平序列和P-1個(gè)顏色產(chǎn)生的最長垂直序列通過卷積運(yùn)算構(gòu)建彩色映射矩陣S，參見(6)S＝ShSv(6)；該矩陣S滿足條件1W={wijwij≠wkl,(i,j)≠(k,l),2≤i,k≤(m-1),2≤j,l≤(n-1)---(7)]]>條件2S={xijxij≠xi-1,j,xij≠xi+1,j,xij≠xi,j+1,xij≠xi,j-1,1≤i≤m,1≤j≤n}---(8)]]>其中，xij是彩色映射矩陣S中的第i行和j列的彩色網(wǎng)格點(diǎn)，字wij是一個(gè)五元組序列{xij，xi，j-1，xi-1，j，xi，j+1，xi+1，j}；
進(jìn)一步，所述的將彩色映射矩陣為柵格圖案，矩陣S通過電腦可以輸出到數(shù)字放映機(jī)上，每兩個(gè)彩色代碼字之間存在設(shè)定距離，從而使三維物體被模板彩色光調(diào)制。
本發(fā)明在柵格圖案設(shè)計(jì)時(shí)提出了一個(gè)新的方法，一旦照相機(jī)的透視映射矩陣和放映機(jī)相對(duì)的全球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)從初試的刻度被計(jì)算出來，由于沒有匹配問題，處理三維坐目標(biāo)點(diǎn)的三角測(cè)量只要簡單計(jì)算線性方程式。
在柵格圖案中，每個(gè)光格與其周圍的領(lǐng)格所組成的字圖形是唯一確定的，這在現(xiàn)實(shí)時(shí)非常重要。
讓P為一系列顏色原始代碼，P＝{1，2，…，p}(例如，1＝白，2＝紅，3＝綠，4＝藍(lán)，等)。這些顏色原始代碼被指定給一個(gè)m×n的S矩陣，這個(gè)矩陣來自可能映射到場(chǎng)景上去的輸入圖象。我們定義了一個(gè)字，這個(gè)字來自顏色值在S中的坐標(biāo)為(i，j)和它相鄰的4個(gè)值。如果xij是指定的在S中的第i行和j列的彩色點(diǎn)，那么這個(gè)字就表示了所相應(yīng)的位置，wij表示序列{xij，xi，j-1，xi-1，j，xi，j+1，xi+1，j}，其中i∈{1，2，…，m}，j∈{1，2，…，n}(圖5)。如果S中所有字的值都存在一個(gè)表中，那么每個(gè)字在投影機(jī)上直接定義一個(gè)坐標(biāo)位置。
通過這種方法，每個(gè)定義的坐標(biāo)位置在矩陣中都是唯一的，所以匹配就不再成為問題了。也就是說，圖象映射到場(chǎng)景中后，每個(gè)圖象點(diǎn)的字值被決定了(通過計(jì)算圖象點(diǎn)和它周圍相鄰點(diǎn)的顏色分布)，這樣，某個(gè)圖象點(diǎn)在矩陣中的匹配位置是唯一確定的。
編碼方法實(shí)現(xiàn)的步驟為首先，給定一個(gè)顏色集合P，我們盡力構(gòu)造一個(gè)最長的水平代碼序列，Sh＝[c1，c2，c3，...，cm] (1)
其中，m是序列的長度。對(duì)于任何相鄰的顏色對(duì)，它滿足式(2)ci≠ci+1，1≤i＜m(2)；并且任意三個(gè)相鄰顏色的組合Th3i＝[cici+1ci+2]在序列中是唯一存在的，參見式(3)Th3i≠Th3j，i≠j，1≤i，j≤m-2(3)定理1水平序列Sh的長度最大值是Length(Sh)＝p(p-1)(p-1)+2。
這是因?yàn)椋瑢?duì)于p種顏色，獨(dú)立三元組的最大數(shù)量是p(p-1)(p-1)，假設(shè)它們都能連接在一起，那么鏈的長度就是p(p-1)(p-1)+2。
這個(gè)水平序列可以通過隨機(jī)搜尋法產(chǎn)生。本發(fā)明檢驗(yàn)了所有顏色數(shù)不大于32的顏色集合，每個(gè)顏色集合都能產(chǎn)生一個(gè)最長的鏈。由于在離線狀態(tài)下只要產(chǎn)生一次而不影響系統(tǒng)工作的實(shí)時(shí)性能，所以無需特別注重改進(jìn)這個(gè)算法。
例如，針對(duì)四色集合，其水平序列可以生成為Sh(4)＝[12421213132312343243413423214143142412]再者，給定一個(gè)顏色集合P，我們?cè)O(shè)法構(gòu)造一個(gè)垂直的最長彩色序列，Sv＝[c1，c2，c3，...，cn] (4)其中n是序列的長度，對(duì)于其中的任意顏色對(duì)，它不僅僅滿足條件(2)，還滿足唯一性條件[cici+1]≠[cjcj+1]，i≠j，1≤i，j≤m-1 (5)定理2在相鄰顏色對(duì)具有唯一性的條件下，垂直序列Sv其長度的最大值是Length(Sv)＝p(p-1)+1。這個(gè)序列可由下面的形式產(chǎn)生，Sv＝[121314...1p，2324...2p，...，(p-1)p，1]最大長度的證明和定理1相似。對(duì)于p種顏色，其獨(dú)立顏色對(duì)的最大數(shù)量是p(p-1)，假設(shè)它們都能連起來，鏈的長度是p(p-1)+1。事實(shí)上，序列的第一部分[1213...1p]包含了除了[p1]以外的所有含1的顏色對(duì)，它有2(p-1)個(gè)并且每對(duì)都是唯一的，第二部分[p2324...2p]包含了所有含有2的顏色對(duì)，這部分增加了2(p-2)對(duì)。根據(jù)這種方法和在序列的最后增加一個(gè)1，我們發(fā)現(xiàn)序列中的每一對(duì)都是唯一的。
例如，給定一個(gè)4個(gè)顏色的集合，垂直列序則是Sv(4)＝[1213142324341]。
由于垂直序列作為模和水平序列一起作用的原因，數(shù)字p不能出現(xiàn)在垂直序列中。因此，該序列事實(shí)上比水平序列要少一種顏色。如果用顏色p來產(chǎn)生水平序列，那么p-1個(gè)數(shù)字就用來產(chǎn)生相應(yīng)的長度為(p-1)(p-2)+1的垂直序列。
最后，彩色映射矩陣能由最大水平和垂直的代碼序列(Shand Sv)產(chǎn)生，這使得編碼字的最大可能尺寸[(p-1)(p-2)+2]×[p(p-1)2+2]的矩陣在矩陣中唯一存在。矩陣的第一行由Sh定義，第二行是由以p為模加Sv的第一個(gè)元素到Sh的每個(gè)元素中進(jìn)行創(chuàng)造出來。其中模數(shù)操作只在集合{1，2.....p}中不包括0元素。(傳統(tǒng)的模數(shù)操作包括0元素。)第三行是由以p為模加Sv的第二個(gè)元素到Sh的每個(gè)元素中創(chuàng)造出來。以此類推，通過這種方法，對(duì)于一個(gè)4色集合可以生成8×38的彩色映射矩陣。我們把上述方法定義為卷積運(yùn)算操作，S＝ShSv，可以證明每個(gè)字在矩陣S中是唯一確定的。
上述方法給出了滿足條件(7)和(8)的空間編碼矩陣的產(chǎn)生方法。這方法是一種有限自動(dòng)機(jī)原理。第一行確定以后，接下來每行則可以通過其上面行的數(shù)字轉(zhuǎn)換產(chǎn)生。但是，這種方案還有兩個(gè)缺點(diǎn)，一是生成的矩陣形狀有時(shí)不是我們想要的那樣，因?yàn)樗男螤钕笠粭l“長帶”。例如，一個(gè)四色集合產(chǎn)生一個(gè)8×38的矩陣，一個(gè)5色集合產(chǎn)生一個(gè)14×82的矩陣，一個(gè)6色集合產(chǎn)生一個(gè)22×152的矩陣，等等。實(shí)際的數(shù)字投影機(jī)通常投放一個(gè)寬∶高為4∶3或16∶9的圖象。所以，我們希望也產(chǎn)生這種矩陣與正方形的編碼矩陣。然而，用純數(shù)學(xué)公式產(chǎn)生這樣的矩陣非常困難，我們可以用電腦解決這個(gè)問題。通過程序隨機(jī)搜索算法可以找到一個(gè)最大方陣而滿足條件(7)和(8)。
在示例中，我們采用一個(gè)7色集合，它能產(chǎn)生32×212的長方形矩陣進(jìn)行二維空間編碼。圖5是該矩陣染色后的部分彩色光圖案。
權(quán)利要求
1.一種基于二維彩色光編碼的實(shí)時(shí)三維視覺系統(tǒng)，包括一數(shù)字放映機(jī)，用以把光模板投射到物體上；一攝像機(jī)，用以獲取圖象；一微處理器，用以形成彩色調(diào)制光和進(jìn)行三維重建，所述的微處理器包括有一顏色集合模塊，用以形成顏色集合P＝{c1，c2，c3，...ci，...}，i≥3，其中ci表示一種特定波長的光波或者顏色；一編碼模塊，用以從所述的顏色集合中選出元素，并進(jìn)行特定的編碼組合成編碼字，所述的編碼字的領(lǐng)域具有唯一性；一編碼字輸出模塊，用以將所述的編碼字一一對(duì)應(yīng)到光投影器件以輸出光束；一三維坐標(biāo)計(jì)算模塊，用以將獲取的圖像對(duì)應(yīng)到光模板并計(jì)算得到三維空間坐標(biāo)，其特征在于所述的編碼模塊中，用以根據(jù)顏色集合P，構(gòu)造一個(gè)最長的水平代碼序列Sh＝[c1，c2，c3，...，cm](1)其中，m是序列的長度，對(duì)于任何相鄰顏色對(duì)，它滿足式(2)ci≠ci+1，1≤i＜m (2)；并且任意三個(gè)相鄰顏色的組合Th3i＝[cici+1ci+2]在序列中是唯一存在的，參見式(3)Th3i≠Th3j，i≠j，1≤i，j≤m-2(3)水平序列長度的最大值Sh是Length(Sh)＝p(p-1)(p-1)+2；再構(gòu)造一個(gè)最長的垂直序列Sv＝[c1，c2，c3，…，cn](4)其中n是序列的長度，對(duì)于其中的任意顏色對(duì)，它不僅僅滿足式(2)，還滿足唯一性條件(5)[cici+1]≠[cjcj+1]，i≠j，1≤i，j≤m-1 (5)由P個(gè)顏色產(chǎn)生的垂直序列Sv，其長度的最大值是Length(Sv)＝p(p-1)+1；根據(jù)P個(gè)顏色產(chǎn)生的最長水平序列和P-1個(gè)顏色產(chǎn)生的最長垂直序列通過卷積運(yùn)算構(gòu)建彩色映射矩陣S，參見(6)S＝ShSv(6)；該矩陣S滿足條件1W={wijwij≠wkl,(i,j)≠(k,l),2≤i,k≤(m-1),2≤j,l≤(n-1)}---(7)]]>條件2M={xijxij≠xi-1,j,xij≠xi+1,j,xij≠xi,j+1,xij≠xi,j-1,1≤i≤m,1≤j≤n}---(8)]]>其中，xij是彩色映射矩陣S中的第i行和j列的彩色網(wǎng)格點(diǎn)，字wij是一個(gè)五元組序列{xij，xi，j-1，xi-1，j，xi，j+1，xi+1，j}。
2.如權(quán)利要求1所述的基于二維彩色光編碼的實(shí)時(shí)三維視覺系統(tǒng)，其特征在于所述的彩色映射矩陣為柵格圖案，每兩個(gè)相鄰彩色柵格點(diǎn)顏色之間存在設(shè)定的最小距離。
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于二維彩色光編碼的實(shí)時(shí)三維視覺系統(tǒng)，其特征在于所述的卷積運(yùn)算的規(guī)則為矩陣的第一行由Sh定義；第二行是由以p為模加Sv的第一個(gè)元素到Sh的每個(gè)元素中去創(chuàng)造出來，其中模數(shù)操作只在集合{1，2.....p}中，不包括0元素；第三行是由以p為模加Sv的第二個(gè)元素到Sh的每個(gè)元素中去創(chuàng)造出來，依次類推。
全文摘要
一種基于二維彩色光編碼的實(shí)時(shí)三維視覺系統(tǒng)，包括數(shù)字放映機(jī)，用以把光模板投射到物體上；攝像機(jī)，用以獲取圖象；微處理器，用以形成彩色調(diào)制光和進(jìn)行三維重建，微處理器包括有顏色集合模塊，用以形成顏色集合P＝{c1，c2，c3，…ci，…}，i≥3，其中ci表示一種特定波長的光波或者顏色；編碼模塊，用以從顏色集合中選出元素，并進(jìn)行特定的編碼組合成編碼字，所述的編碼字的具有領(lǐng)域唯一性；編碼字輸出模塊，用以將編碼字一一對(duì)應(yīng)到光投影器件以輸出光束；三維坐標(biāo)計(jì)算模塊，用以將獲取的圖像對(duì)應(yīng)到光模板并計(jì)算得到三維空間坐標(biāo)。本發(fā)明只需對(duì)單幅圖象進(jìn)行局部分析即可測(cè)量三維場(chǎng)景，因此重建效率高、系統(tǒng)速度快、實(shí)時(shí)性好。
文檔編號(hào)G06T1/00GK101063605SQ200610050550
公開日2007年10月31日 申請(qǐng)日期2006年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月27日
發(fā)明者陳勝勇, 李友福, 姚春燕, 管秋, 王萬良 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)