1.一种空间编码结构光三维扫描方法,其特征在于,空间编码结构光三维扫描方法包括以下步骤:
s1,设计单帧空间编码图案,包括用于解码的解码点和用于加密的加密点;
s2,通过投影仪将预先编码好的单帧空间编码图案投射到被测物体表面;
s3,相机拍摄经物体调制后的空间编码图案,进行影像解码点和加密点的提取;
s4,利用水平核线约束与邻域相对位移关系确定解码点的候选投影仪列号;
s5,构建和更新解码点的统计权重数组,根据统计权重数组对解码点的候选投影仪列号进行删选;
s6,根据解码点的投影仪列号推断加密点的投影仪列号;
s7,根据解码点和加密点的影像坐标和对应的投影仪列号重建点云。
2.一种空间编码结构光三维扫描方法,其特征在于,所述s1具体包括以下步骤:
s11,基本码元的设计;针对传统空间编码图案鲁棒性低、精度差、解码要求较大图像空间等缺点,本发明的解码点码元采用简单的圆点;假设单帧空间编码每个码元所占的投影仪图像空间为grid大小,本发明里设grid=8像素,则码元间沿行和列方向的间距为grid,记解码点码元在投影仪图像坐标上的半径为
s12,邻近码元排列的设计;利用水平核线约束与码元邻域相对位移关系来进行编码;水平核线约束由相机和投影仪的安装来决定的,通过预先标定的投影仪和相机的标定参数,将投影仪上每个编码点的投影仪影像坐标转化成投影仪的核线影像坐标,记此核线坐标的行坐标值为e值;码元邻域相对位移关系由相邻码元的错位像素来决定;以当前码元为中心,邻近码元相对当前码元上下错位的距离
s13,解码点和加密点的设计;设计相对解码点较小的圆点作为投影仪加密点,加密点圆点半径设为
3.一种空间编码结构光三维扫描方法,其特征在于,所述s2的实施方式为:将最终编码图案光刻得到,通过投影系统投射到物体表面;投影系统可以采用普通的led白光,也可以采用特定波段的光源,以减少背景光对投影图案采集的影响。
4.一种空间编码结构光三维扫描方法,其特征在于,所述s3的实施方式如下:
s31,相机从不同角度拍摄经过物体调制后的空间编码图案i;
s32,解码点粗提取;采用
s33,解码点精提取;采用高斯椭圆拟合方法对影像解码点的整像素坐标进行坐标精提取,得到影像解码点亚像素坐标(u,v),则此时记影像解码点为si(x,y,u,v),0≤i≤s;
s34,加密点粗提取;针对影像解码点si(x,y,u,v),在影像矩形范围
s35,加密点精提取;采用高斯椭圆拟合方法对影像加密点的整像素坐标进行坐标精提取,得到影像加密点亚像素坐标(u,v),则此时记影像加密点为ti(x,y,u,v),0≤i≤t。
5.一种空间编码结构光三维扫描方法,其特征在于,所述s4的实施方式如下:
s41,利用水平核线约束关系确定解码点的候选投影仪列号;根据投影仪和相机的标定参数,将影像解码点si(x,y,u,v)的亚像素影像坐标(u,v)转化成相机核线影像坐标,将核线影像坐标的行坐标值ei值与投影仪编码值mj(d(col),e)的ej值逐个比对,当满足|ei-ej|≤ε条件时(本发明中设ε=0.3像素),将mj所对应的投影仪列号colj赋予解码点si,记第i个解码点的候选投影仪列号为candi(c1,…,ck),其中k为候选投影仪列号的个数,(c1,…,ck)为候选投影仪的列号值序列;此过程不断进行,直至完成所有影像解码点的候选投影仪列号的判断;如果按照水平核线约束关系找不到候选投影仪列号,则直接删除当前解码点;
s42,利用邻域相对位移关系删选解码点的候选投影仪列号;对于第i个解码点si(x,y,u,v),搜索左右的邻域解码点,按照码元邻域相对位移关系,得到其对应的d值,此处记为di;逐个取出第i个解码点的候选投影仪列号candi(c1,…,ck),根据候选投影仪列号ck得到所对应的d值,此处记为dk,当di=dk时,就保留此候选投影仪列号,否则,就删除;记经过邻域相对位移关系删选的第i个解码点的候选投影仪列号为candi(c1,…,cn),其中n为经过删选的候选投影仪列号的个数,(c1,…,cn)为候选投影仪的列号值序列;上述过程不断进行,直至完成所有影像解码点的候选投影仪列号的删选;如果第i个解码点得不到d值,则不做此步,直接保留所有可能的候选投影仪列号。
6.一种空间编码结构光三维扫描方法,其特征在于,所述s5的实施方式如下:
s51,构建解码点的参考投影仪列号;采用8-近邻搜索方法搜索当前解码点si(x,y,u,v)在影像空间中距离最近的8个解码点,记为u1,…,u8,这8个近邻解码点都具有各自的候选投影仪列号,记为candu1,…,candu8,将这些近邻解码点的候选投影仪列号合并为一个序列,记为ucandi(u1,…,uw),其中w为近邻解码点候选投影仪列号元素个数的总和,此序列称为当前解码点的参考投影仪列号;
s52,利用参考投影仪列号对候选投影仪列号进行统计权重数组构建;对于第i个解码点si(x,y,u,v)的候选解码列号candi(c1,…,cn),建立一个初值为0,大小为n的统计权重数组v,对于第j个候选解码列号cj,依次与参考投影仪列号ucandi(u1,…,uw)的元素uw进行列号比较,采用
s53,利用参考投影仪列号对候选投影仪列号进行统计权重数组更新;对于第i个解码点si(x,y,u,v)的候选解码列号candi(c1,…,cn)的第j个候选解码列号cj,依次与参考投影仪列号ucandi(u1,…,uw)的元素uw进行列号比较,采用
s54,对步骤s53迭代进行5次,得到稳定的统计权重数组结果;
s55,根据统计权重数组对候选投影仪列号序列进行删选;对编码点的统计权重数组进行排序,选取权重最大的列号作为当前编码点的列号值,此时记解码点为si(x,y,u,v,c),c为得到的解码点的列号值。
7.一种空间编码结构光三维扫描方法,其特征在于,所述s6为:遍历影像加密点ti(x,y,u,v),0≤i≤t,按照近邻搜索影像加密点的上、下、左、右邻近解码点,记这四个邻近解码点的列号值分别为c上、c下、c左、c右,如果c上=c下=c左+1=c右-1,则当前影像加密点ti(x,y,u,v)的列号为c上,此时记加密点为ti(x,y,u,v,c),c为得到的加密点的列号值,否则删除当前加密点;此步不断进行,直至完成所有加密点的判断。
8.一种空间编码结构光三维扫描方法,其特征在于,所述s7为:对于影像解码点si(x,y,u,v,c)和影像加密点ti(x,y,u,v,c),根据预先标定好的相机和投影仪的标定参数,利用影像点的像点坐标(u,v)和投影仪的列号c,采用线面求交的方法,交会出对应物方点坐标,完成单帧编码影像的点云重建。
9.一种空间编码结构光三维扫描系统,其特征在于:用于权利要求1至8所述的一种空间编码结构光三维扫描方法。