一种n频编码结构光解码快速算法
【技术领域】
[0001] 一种n频编码结构光解码快速算法属于结构光三维测量技术领域。
【背景技术】
[0002] 三维形貌测量在科学研宄、医学诊断、工程设计、刑事侦查等领域均有广泛的应 用。而结构光作为众多三维形貌测量手段的重要组成部分，以其非接触式、成本低、分辨率 高和速度快的优势，受到了各国学者和工程技术人员的广泛关注，并得到了快速发展。
[0003] 结构光是一组由投影仪和摄像头组成的系统结构。用投影仪投射特定的光信息到 物体表面后及背景后，再由摄像头进行采集，根据物体造成的光信号变化来计算物体的位 置和深度信息，进而复原整个物体三维形貌。
[0004] 结构光最简单的形式就是向物体表面投射单一频率光束，然而，单一频率的投影 光不仅抗干扰能力差，而且量程也只局限于投影光的一个周期；解决这个问题，可以采用两 束或多束不同频率投影光相组合的方式，例如本课题组在2014年11月18日申请了发明专 利《一种双频模拟编码光容错相位展开工程方法》，并公开了一种解码算法。然而，在应用时 发现，该发明专利所公开的解码算法仅可以实现双频编码光有效解码，而不适用于对三频 及更多频编码光进行解码。
[0005] 针对上述问题，本课题组申请了发明专利《一种n频编码结构光解码算法》，并在 具体实施例中验证了该发明能够对双频及多频编码结构光进行解码。然而，这种算法需要 穷尽所有可能才能完成解码运算，而从具体实施例三、具体实施例四和具体实施例五可以 看出，对于四频编码结构光，就可能存在三千多万种可能，并可以分析出，随着频数的增加， 可能性会成指数形式上升，也使得解码运算量成指数形式上升，完成解码，势必消耗很长的 运算时间。
【发明内容】
[0006] 针对本课题组申请发明《一种n频编码结构光解码算法》中，所公开的解码算法运 算量大，耗时长的缺点，本发明公开了一种n频编码结构光解码快速算法，该算法可以实现 对n频编码结构光快速解码。
[0007] 本发明的目的是这样实现的：
[0008] -种n频编码结构光解码快速算法，由两个步骤组成：
[0009] 步骤一、将编码光按照周期从大到小的顺序进行排序，并记录和计算所需参数；
[0010] 步骤二、按顺序查找各组编码结构光周期序号，并计算空间位置。
[0011] 上述n频编码结构光解码快速算法，记录和计算所需参数，具体为：
[0012] 排序后编码结构光的周期分别为：a2、…、an，并且有：ai>a2>…〉an;
[0013] 排序后编码结构光在量程范围内所包含的周期数分别为：&、N2、…、Nn，并且有： N,N2〈…<Nn;
[0014] 排序后编码结构光与空间位置相对应的相位主值分别为：灼、％、…、％。
[0015] 上述n频编码结构光解码快速算法，所述的步骤二具体为：
[0016] S201、设定i= 0,j= 0,k= 2 ;
[0017] S202、判断却+奶是否等于％/ + %，如果：
[0018] 否，进入步骤S203，
[0019] 是，进入步骤S204，
[0020] S203、判断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、判断k是否等于n，如果：
[0024] 否，j= 〇,k=k+1，回到步骤S202 ;
[0025] 是，计算￥ +奶，结束。
[0026] -种实现上述n频编码结构光解码快速算法的投影采集系统，包括投影仪、被测 物、以及图像采集系统，所述的投影仪向被测物投影结构光，图像采集系统采集投射有结构 光的被测物图像，所述投影仪按照周期从大到小的顺序投射结构光。
[0027] 有益效果：
[0028] 第一、由于步骤一将编码光按照周期从大到小的顺序进行排序，因此在量程范围 内，各编码结构光的周期数量从小到大，在这样的条件下实施步骤二，使作为判断基准的第 一个编码光搜索次数最少，有利于提高解码速度。
[0029] 第二、沿用本课题组《一种n频编码结构光解码算法》数组的定义，本发明步骤二 提供的搜索算法，可以实现以下功能：只要发现数组中存在两个不相等的元素，就不再计算 包含这两个元素的所有数组，因此可以大幅减少运算量，实现对n频编码结构光进行快速 解码。
[0030] 以上两个有益效果相结合，可以实现快速搜索解码。
【附图说明】
[0031] 图1为本发明n频编码结构光解码快速算法流程图。
[0032] 图2为本发明n频编码结构光解码快速算法中步骤二的流程图。
[0033] 图3为两项发明计算结果与运算时间对比图。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图对本发明具体实施例作进一步详细描述。
[0035] 本实施例的n频编码结构光解码快速算法，以本课题组申报的发明专利《一种n频 编码结构光解码算法》中，具体实施例三所采用的四频数据为例，验证本发明方法具有运算 速度快的技术优势。
[0036] 本实施例的n频编码结构光解码快速算法，流程图如图1所示，该算法由两个步骤 组成：
[0037] 步骤一、将编码光按照周期从大到小的顺序进行排序，并记录和计算所需参数；
[0038] 步骤二、按顺序查找各组编码结构光周期序号，并计算空间位置。
[0039] 其中，步骤一所述的记录和计算所需参数，包括：
[0040] 排序后编码结构光的周期分别为：
[0041] &1= 7
[0042] a2= 6
[0043] ；
[0044] a3= 5
[0045] a4= 4
[0046] 排序后编码结构光在量程范围内所包含的周期数分别为：
[0047] N:= 60
[0048] N2= 70
[0049] ；
[0050] N3= 84
[0051] N4= 105
[0052] 排序后编码结构光与空间位置相对应的相位主值分别为：仍、朽、…、％。
[0057] 步骤二的具体流程如图2所示，包括以下步骤：
[0058] S201、设定i= 0,j= 0,k= 2 ;
[0059] S202、判断却+奶是否等于％/ + %，如果：
[0060] 否，进入步骤S203，
[0061] 是，进入步骤S204，
[0062] S203、判断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、判断k是否等于n，如果：
[0066] 否，j= 〇,k=k+1，回到步骤S202 ;
[0067] 是，计算￥ +灼，结束。
[0068] 按照上述流程，在matlab软件中编程序如下：
[0069]
[0070]
[0071] 得到的结果为x= 188,所用时间为0? 000101s。
[0072] 为了验证本文算法具有运算速度快的优势，再在matlab软件中编写本课题组申 报的发明专利《一种n频编码结构光解码算法》所涉及算法的程序，如下：
[0073]
[0075] 得到的结果同样为x= 188,所用时间为0. 586093s。
[0076] 以上结果在matlab中的显示，即对比结果如图3所示。
[0077] 根据两种算法得到的结果完全一致，验证了本发明算法的正确性，根据本发明算 法用时远远小于另一项发明的算法用时，验证了本发明算法具有快速运算的技术优势。
[0078] 以上实施例均采用以下投影采集系统，该系统包括投影仪、被测物、以及图像采集 系统，所述的投影仪向被测物投影结构光，图像采集系统采集投射有结构光的被测物图像， 这些技术特征均与传统结构光系统完全一致，在此不再重复说明。区别在于，所述投影仪按 照周期从大到小的顺序投射结构光。
【主权项】
1. 一种η频编码结构光解码快速算法，其特征在于，由两个步骤组成： 步骤一、将编码光按照周期从大到小的顺序进行排序，并记录和计算所需参数； 步骤二、按顺序查找各组编码结构光周期序号，并计算空间位置。2. 根据权利要求1所述的η频编码结构光解码快速算法，其特征在于，记录和计算所需 参数，具体为： 排序后编码结构光的周期分别为：、…、an，并且有：aPaP…〉an; 排序后编码结构光在量程范围内所包含的周期数分别为N2、…、Nn，并且有： N^N2〈…<Nn; 排序后编码结构光与空间位置相对应的相位主值分别为％、…、％。3. 根据权利要求1所述的η频编码结构光解码快速算法，其特征在于，所述的步骤二具 体为： 5201、 SSi = 0，j=0，k = 2; 5202、 判断即_ +奶是否等于％/ + ?，如果： 否，进入步骤S203， 是，进入步骤S204， 5203、 判断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、 判断k是否等于n，如果： 否，j = 0, k = k+Ι，回到步骤 S202 ; 是，计算<￥' +供，结束。4. 一种实现权利要求1、2和3所述η频编码结构光解码快速算法的投影采集系统，包 括投影仪、被测物、以及图像采集系统，所述的投影仪向被测物投影结构光，图像采集系统 采集投射有结构光的被测物图像，其特征在于，所述投影仪按照周期从大到小的顺序投射 结构光。
【专利摘要】一种n频编码结构光解码快速算法属于结构光三维测量技术领域；该方法首先将编码光按照周期从大到小的顺序进行排序，并记录和计算排序后编码结构光的周期、在量程范围内所包含的周期数、以及与空间位置相对应的相位主值；然后按顺序查找各组编码结构光周期序号，并计算空间位置，从第一个编码光的第一种可能开始，逐条向其他编码光进行搜索，直到搜索到所有编码光都有相同的计算结果，进而计算得到空间位置；本发明n频编码结构光解码快速算法，可以实现快速搜索解码。
【IPC分类】G01B11/24
【公开号】CN104897081
【申请号】CN201510333039
【发明人】于晓洋, 孟晓亮, 张吉勋, 孙晓明, 于舒春, 吴海滨, 赵烟桥
【申请人】哈尔滨理工大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月16日