专利名称：基于视频摄像设备的结构光编码及解码方法
技术领域：
本发明涉及计算机视觉技术领域，尤其涉及一种基于浮见频摄像设备的结 构光编码及解码方法。
背景技术：
人类在用双眼观察物体时，会有深度或远近的感觉，其原理就是两个眼 晴从不同的方向获取同 一物体的图像，人的大脑再对视网膜获取的两幅图像 进行匹配处理，重建出物体的三维形状和位置。计算机视觉技术在近年逐渐 得到重视，该技术的目的就是使计算机具备人眼的功能，也就是指使计算机 具有通过一幅或多幅图像认知周围环境信息的能力。模拟人脸双眼的立体视觉则是计算机视觉技术中最难的一个方法，目的 是由计算机通过两幅或多幅两维图像恢复物体的三维几何形状。学术界立体视觉的研究工作已经开展多年，但完全模拟人眼的双目立体视觉的研究工作进展^艮慢，下面结合图1简要说明一下双目立体^L觉的基本 原理。参照图l所示，双目立体视觉是由两个摄像机C和C2实现。对于空间物体表面任意一点P，如果用d摄像机观察，看到它在d摄像机的图像点位于A,如果用C2摄像机观察，其在C2摄像机的图像点位于/ 2。由于两幅 图像中这两点对应着空间的同一点/>。设C^和(92分别为d和G两个摄像 机的光心，则空间点户既位于(9!J^连线上的某一位置，又在02/72连线，即 该点是0,A和02/ 2两条直线的交点，它的三维位置是唯一确定的。这就是 立体视觉的基本原理。从这个基本原理可以看出，如果已知了两个摄像机的成像参数，即摄像机的投影矩阵，表示摄像机从3D射影空间即真实立体空间到2D射影平面即成像平面的线性射影变换，并在两个摄像机拍摄图像的各个点之间建立对 应关系，即为其中一幅图中一个点搜索其在另一幅图中的对应点，这两点对应的是3D空间中的同一点，这样就可以重构场景中该点的3D坐标。但由 计算机在两幅图像中自动搜索对应点，建立对应关系这个问题非常困难，在 一般情况下根本就是不可解的。因此，从实际场景的拍摄图像中直接提取 3D形状极为困难，所以，如何通过一个中间的媒介，然后通过2D图像获 得该图像中各个点的深度信息，并进而由该深度信息与2D图像相结合得到 物面的3D坐标成为解决问题的一个突破点。有研究人员提出了 一种实现了 图像深度信息重构的设想，称为基于结构光编码的深度重构方法。基于结构光编码的深度重构方法的基本原理与双目立体视觉是一致的， 只是双目立体视觉是由两个4聂像头实现，而基于结构光编码的深度重构方 法，其设备中一个摄像头由投影光路代替。这类方法采用主动距离成像的方 式，用一个光源代替一个摄像机，也就是人类立体视觉中的一只眼睛，将编 码图案投影在物体上，光源旁边的一个摄像机则代表人脸立体视觉中另 一只 眼睛，对物体进行成像，同时获取物面上的编码图像，称为成像图像。利用 3D立体视觉中摄像头与光源之间的焦距、标定参数、位置关系，以及拍摄 图像中编码图像的解码结果等数据即可确定物体上各点的深度信息。这样，要想获得较准确的深度信息，就要进行较好的编码，并对编码图 案投影后形成的成像图像进行解码，找出成像图像中各点与编码图案的对应 关系，而由于编码图案投影到物面的位置是已知的，找到了这种对应关系， 就可以获得物面的深度信息。而为了提高解码精度，对图像进行光编码的方 法就变得非常重要，成为设计人员必须考虑的问题。下面结合图2对现有技 术中采用的编码方法进行说明。参照图2所示，为现有的编码图案中的子码结构示意图。图中仅示出了 两个子码，所示子码表示为M,和M2。由图2可以看出，对每列子码的横向 宽度不加以限制，每列子码的区别仅在于每列子码在横向方向上具有其特 有的亮区(即透光部分)与暗区(即不透光部分)的比例。这样，所有的子 码就通过亮暗区的比例就加以区分开来，当然，在实际应用中通过改变亮区 与暗区的比例就可以_没计出多种子码。现有的编码图案为采用图2所示的子码，将每个子码在列向方向上重 复排列，进而构成一列子码，多列不同子码共同构成编码图案。在这种情况下，通过将编码图案刻录在光栅上，然后通过光源将所述光 栅上刻录的编码图案投影到物面上，由于投影后物面深度变化很复杂，物面 上的子码的投影条紋(指投影后的每列子码)也会发生形变，而由于各个子 码的区别仅在于其横向亮暗区的比例，因此较难做到将变形后的投影条紋与 投影前的子码相对应，因而具有解码精度不高的缺陷。因此，如何设置出高效并且筒单的编码方法以及解码方法，对于获取物 体图像的深度信息具有十分重要的意义。发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种基于视频摄像设备的结构光编 码及解码方法，能够获取物体图像上各个区域的深度信息，并具有获取的深 度信息更加精确的特点。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种结构光编码方法，利用子码 组成编码图案，所述方法包括以下步骤设定带锯齿的子码结构，所述带锯齿的子码结构不仅在横向上透光部分 和不透光部分的比例为一特定值，而且在纵向上透光部分和不透光部分的比 例也为一特定值，由两个方向上的比例值唯一的确定一个带锯齿的子码结 构。进一步来说，所述方法还包括设定不带锯齿的子码结构，所述不带锯 齿的子码结构在^t向上透光部分和不透光部分的比例为一特定值，由该特定 值唯一的标识一个子码。进一步来说，所述每个子码在纵向上重复排列构成一列子码，所有列子 码在行方向宽度一致。进一步来说，所述方法还包括由所述子码进一步构成联合码的步骤，所 述耳关合码由至少两个子码组成，所述联合码具备唯一性。进一步来说，由所述子码构成联合码的步骤包括选择设定子码中的任意一个组成联合码的第一个元素，之后选择设定子码中的任意一个组成所述 联合码中的第二个元素，以此类推，直至选择设定子码中的任意一个组成所述联合码中的第L个元素，N为设定的子码个数，L为从N个子码中进行选 择构成联合码的元素数，则联合码的个数为Tv^个。进一步来说，所述方法还包括将每个联合码的元素连续布置构成编码图 案的步骤。进一步来说，所述方法还包括采用重复的联合码进行编码的步骤。 进一步来说，所述耳关合码为两组，两组联合码在编码图案中心线两侧分布。为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种结构光解码方法，用于对 按列进行编码的编码图案经过投影后获得的成像图像进行解码，所述方法包 括以下步骤(1) 获取成像图像行方向上各个暗亮分割点或者亮暗分割点，根据编 码图案中的各个子码结构，确定所述各个暗亮分割点或者暗亮分割点为各个 子码的起点；(2) 在列的方向上对具有相同的起点的子码，将所述起点连4妻起来， 形成一列列的解码条紋；(3 )根据任意一列解码条紋亮区与暗区的分布规律确定该解码条紋对 应的编码图案中的子码，进而获得该解码条紋对应的编码图案中的列序号。进一步来说，步骤(1)中在成像图像行方向上等距离地找到所述暗亮 分割点，在相邻两个暗亮分割点之间搜索最佳的亮暗分割点。进一步来说，步骤(3)进一步包括确定当前解码条紋的邻域条紋对 应子码的相似概率，综合所述邻域条紋对应子码的相似概率获取当前解码条 纹对应所有编码列的相似概率，并将与当前解码条紋相似概率最大的列序号 作为最佳的解码列序号。进一步来说，所述邻域条紋为当前解码条紋右侧数列解码条紋，所述邻 域条紋的数量等于组成所述联合码的子码数量减1。进一步来说，所述方法还包括以下步骤(4) 获得所有解码条紋对应的编码图案中的列序号。进一步来说，步骤(4)进一步包括分析与当前解码条紋相邻的数列 条紋，如果这数列条紋中的任意一列条紋的序号均满足如下规律任意一列 条紋的序号是t其右侧条紋的序号为&+1，左侧条紋的序号为H则所述 数列条紋为解码正确的；将解码正确的条紋的序号在其他条紋中根据编码图案的列序号规律进 行延伸扩展，获取所有解码条紋对应的编码图案中的列序号。进一步来说，所述方法还包括以下步骤(5) 根据解码条紋与编码图案中各列的对应关系，采用插值方法获取 成像图像所有象素点在编码图案中的位置。本发明采用主动成像的方法，进行特有的结构光编码，并将其复制在光 栅上，利用光学投影原理和光源将光栅上的编码图案投射到物面上，通过另 一个简单的成像设备如数字摄像头、数字摄像机等对包含了结构光信息的物 体进行成像，并结合已知的编码图案信息对图像进行分析和解码，获取物体 上各个区域的深度信息。本发明的结构光编码及解码方法具有简单、解码精 度高的特点，采用本发明的方法获得的深度信息有着非常广泛的应用，如自 动对焦、基于深度的人脸识别、基于深度的人体动作识别、人脸动画合成、 不同深度的图像融合等。
图1为双目立体视觉的基本原理示意图。图2为现有的编码方法中的子码结构示意图。图3为本发明物体图像深度重构装置的系统框图。图4A为本发明 一实施例的编码方法采用的子码结构示意图。图4B为采用图4A所示的子码进行编码的编码图案局部示意图。图5为用投影装置进行投影，本发明的编码图案所形成的编码图像示意图。图6为用投影装置将编码图案投影到物面，用普通摄像头拍摄的成像图像。图7为本发明的结构光解码方法流程图。
具体实施方式
本发明通过设置出更加容易区分的子码，由所述子码构成编码图案，并 通过将所述编码图案应用到深度重构装置的投影装置，从而4吏通过该编码图 案投影到物面的光编码图像的各个部分具有更加显著的区别特征，使根据光 编码图像进行的解码变得更加容易，从而使获取物体上各个区域的深度信息 的精度获得提高。下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。，参照图3所示，为本发明物体图像深度重构装置的系统框图。整个系统 分为三部分，包括投影装置10、深度重构单元11以及图像成像模块12。第一部分是投影装置IO，投影装置10包括光源IOI,用于发出光线， 可以采用可见光，也可以采用非可见光波_歐的光源，如近红外光等；聚光镜 102,安装在光源附近，用于将光源发出的光线聚集起来，投射到光栅上； 光栅103,用于刻录结构光编码图案；投影物镜104,用于将光编码图像投 影到物面。投影装置10通过光源101打光，经聚光镜102将光栅103上刻录的结 构光编码图案通过投影物镜104投影到物面00;在本实施例中采用柯勒照 明方式将光4册103刻录的内容冲殳影到目标物面00上。第二部分是深度重构单元11,深度重构单元ll包括与光源相对应的 图像传感器111，用于对物面00上的编码图像进行成像；当所述光源为近 红外光源时，所述图像传感器111为近红外图像传感器；图像预处理模块112, 用于对编码图像进行预处理，包括亮度修正、噪声消除等；解码模块113, 用于根据已有的编码信息对图像进行解码；深度获取模块114,用于 根据事先标定的摄像头参数进行深度的重构，获取图像中各个象素点的深度 数据。深度重构单元11采用与光源相对应的图像传感器111对物面00上的编 码图像进行成像，然后由图像预处理模块112对成像图像进行预处理，接着 由解码模块113根据已有的编码信息对成像图像进行解码，然后由深度获取 模块114根据事先标定的摄像头参数进行深度的重构，获取成像图像中各个 象素点的深度数据。第三部分则是常规的图像成像单元12,图像成像单元12包括可见光 图像传感器121，用于对物体进行拍摄成像；图像处理模块122,用于对拍 摄成像后的物面图像做自动曝光、自动白平衡、噪声消除等常规图像处理； 深度集成模块123,用于将第二部分的深度获取模块114获取的深度信息与 彩色图像对应起来，得到彩色物面图像中各个象素点的深度；输出显示模块 124,用于将物面图像中各点的色度和深度同时输出并显示。图像成像单元12采用可见光图像传感器121对物体进行拍摄成像，并 由图像处理模块122做常规图像处理，接着由深度集成模块123将第二部分 获取的深度信息与彩色图像对应起来，得到彩色物面图像中各个象素点的深 度，最后由输出显示模块124将物面图像中各点的色度和深度同时输出并显 示，并有后续系统根据图像的深度信息进行更高层次的处理。需要说明的是，本发明中深度重构单元11的与光源相对应的图像传感 器111必须与光源的波段相对应，如光源是近红外光源，则该传感器需要对 近红外波段较敏感。下面将结合图4A和图4B对本发明的结构光编码方法进行详细说明。本发明基于主动距离成像的原理提出了一种非常有效的编码方法。参照 图4A所示，为本发明的编码方法所采用的子码结构示意图。图4A中给出 了四个子码，从上到下，从左至右分别表示为M,, M2, M3, M4。这四个子 码采用了非常易解码的二值编码方法，即采用亮暗两类象素组成编码图像。 每个子码分别由透光部分(即亮区)和不透光部分(即暗区)构成。进一步来说，本发明设置了两种比较特别的子码结构，如图中所示的子 码^3， M4,在此称之为带锯齿的子码结构。所述带锯齿的子码结构，其透 光部分和不透光部分具有以下特点每个子码不仅在横向方向上具有其特有 的亮区与暗区的比例，并且在纵向方向上也具有其特有的亮区与暗区的比例，这样，每个带锯齿的子码结构就通过^f黄向及纵向两个方向上的亮区与暗 区比例来唯一识别。与现有的子码结构(如Mp M2所示)相比，具有更加 显著的区别特征。实际上，在实际应用中对不同类子码结构及具体子码数量的确定可以有 多种选择，编码时子码数量也可以为两个以上的任意数，此时只要保证子码 结构通过其亮区和暗区的比例安排，来相互区别，使其与其它子码相比，具 有唯一性的特征，从而在通过选择的子码构成编码图案后，使通过该编码图 案投影的编码图像的各个部分具有唯一性的特征，以便于解码时对所述编码 图像的各个部分进行区分。图4B为采用图4A所示的子码进行编码的编码图案示意图，给出了由 这四个子码组成的8列编码图案结构。在本实施例中，将图4A所示的两种新型的子码结构M3， M4,和现有 的子码结构Mp M2相结合，采用四个子码结构进行编码。本实施例采用列 向编码的方法，以与现有的将图像数据进行行扫描的图像传感器相适应，当 然，实际应用中也可以采用行向编码方法，本发明并未对此加以限定。如图4B所示，为记录方便，我们将图4B所示编码图案中每一列设置 一个序号，标记为d, C2， ...， CK,在本实施例中允等于8，各列序号为1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8。编码图案的具体构成为将每个子码在纵向上重复排列，形成一列编码 结构，整个编码图案由多列子码构成，每个子码纵向上的高度不限定，但要 保持所有子码在横向上的宽度一致。如图2B中列1由子码M4构成，列2 由子码A/s构成，列3由子码Af2构成，列4由子石马Af4构成，列5由子码 M,构成，列6由子码Af2构成，列7由子码A/4构成，列8由子码A/2构成。 而列1至列8的宽度是一致的。这样，本实施例的编码图案，每列对应一个子码，每列由纵向上重复排 列的同一个子码结构组成，整个编码图案由多列相同宽度的子码构成，其只 包含了少数子码结构。由于子码数越少，解码精度越高，所以本发明采用的 少数的子码结构，可以达到提高解码精度的功效。由图4B还可以看出，各列码在行方向的宽度完全一致，且都是从亮点 开始，到另一码的亮点结束。基于上述特点，在解码时只需要在成像图像上 横向、等距离地找到亮暗分割点，就可以将各个子码区分开来，进而根据各 个子码独特的结构特征，将成像图像上的各点与投影图像上各点对应起来。合，可以使各列子码具有更加突出的特征，更容易加以区分识别，可以提高 解码精度。当然，采用本实施例的子码不重复的排列构成编码图案，则编码图案仅 为四列。图4B示出了采用四个子码进行的一种特殊的编码方法，将在下文 中详细描述。在解码时我们需要在成像图像中确定各个条紋的位置(条紋和编码中的 列对应)，对该条紋进行解码，确定其对应着原始编码图案中的哪一列，得 到该列的序号，这样才能在编码图像与成像图像的各个象素点之间建立对应 关系。也就是说成像图像中各个条紋必须具备一个唯一的特征，在获取该条 紋的位置，得到该条紋的特征后，才艮据该唯一性原则即可知道该条紋对应的 编码图案的列的序号。我们在这个实施例中只采用了四个子码，如果只用这四个子码组成特 征，则整个编码图案由四列子码构成,即只能找到四个唯一性特征，这是远 远不够的。而要通过这少数的几个子码结构来对图像进行区分，则要通过不同列子 码结构的组合形成整个编码图案，且不同子码结构的组合形态满足唯一性原 则。在本实施中采用的方法是构造联合码，每个联合码包括三列子码，具 体构造联合码的估文法是在四列子码中任意选取一列子码作为联合码中的第 一个元素；在确定第一元素之后，在四列子码中任意选取一列子码作为联合 码中的第二个元素；在第一和第二元素确定之后，在四列子码中任意选取一 列子码作为联合码中的第三个元素。这样，三列子码组成一个联合码，并在 编码图案中，将每个联合码的元素连续布置，各个联合码共同构成了编码图 案。例^口图4B f斤示的歹ll 1、歹'2、歹小3构成一个联合石马；歹ll 2、歹'J 3、歹')4构成一个联合码，依此类推。当然，在实际应用中由于子码数量的不同，联合码的组成元素数(即组 成一个联合码的子码的数量)也可以为不同的数值。设组成一个联合码的元 素数，也可以说子码列数为丄，设所设定的子码个数为N,则由所述N个子码中选取丄列子码构造出的联合码的个数为W个。本发明的实施例中共采用4个子码，由这4列子码中选取3列构成联合 码，即N = 4， L = 3，此时具备唯一性特征的联合码数等于43 = 64个，联合 码码数达到了 64,由64个联合码组成的编码图案总共包括64列(相邻联 合码有重叠的列)，投影后形成的编码图案已经可以覆盖场景中的主要目标 了。一般说来，在物体表面深度特征越复杂的区域，编码图案投影到这个区 域后形变程度越大，解码越复杂。由于各列子码的解码都存在一定的不确定 性，即子码的识别不会完全准确，因此如果联合码的组成元素数，即每个联 合码所包含子码列数L值越大，会导致码数急剧增加，解码的不确定性也越 明显。所以L一般不能取太大。但丄太小，所能组成的联合码的总数就会过 少，各列码宽度不变的情况下，编码图案投影后形成的编码图像过窄，能覆 盖目标面积变小，深度重构效果不好。基于此考虑，本实施例还提出了一种不加大丄，但可将编码图案列数翻 倍的方法，该方法首先获取 一列编码，接着将这些编码再重复一遍，这样 共可以组成2x^列编码。例如本实施例中当丄-3时，编码图案列数为128, 有128个序号。此时有64对相同的联合码尽管序号不同，但他们的组成元 素相同及元素的排列一致，即每个联合码都会出现两次，不过他们一个在编 码图案的中心线的左边， 一个在编码图案的中心线的右边。在投影时只需要 尽量将编码图案的中心线《&影到物面的正中央，就可在解码时根据各码的水 平坐标进行约束，如某列条紋水平坐标较小，则其解码列序号也会小于41, 如其水平坐标较大，则解码列序号肯定大于41。由此即可实现整幅图像的解 码。参照图5所示，为用投影装置进行投影，本发明的编码图案所形成投影 示意图。在具体实现时，可以将编码后的编码图案刻录在光栅上，然后再利用可见光源对编码图案进行投影。通过本发明图3所示的投影装置将图5所示的编码图案投影到物面上后，再用摄像头对物面进行成像。图6显示了用投影装置进行编码投影，用普通摄像头拍摄的成像图像。从图6可以看出，随着深度的不同，成像图像中完全垂直的条玟会发生 弯曲变形甚至折断，有的地方条紋会变窄，有的地方条纟丈会变宽，可以说， 对于实际场景中的物体，由于物面深度变化很复杂，物面上的条紋也会变得 非常复杂。但由于本发明所设计的编码图案的子码结构具有区分度高的特 点，因而能提高解码精度。本发明接着对图6所示的成像图像进行解码，确定该成像图像中不同位 置各列条紋的序号。参照图7所示，为本发明的解码方法流程图。所述解码方法用于对按列 进行编码的编码图案经过投影后获得的成像图像进行解码，所述方法包括以 下步骤步骤701:获取成像图像行方向上各个暗亮分割点或者亮暗分割点，根 据编码图案中的各个子码结构，确定所述各个暗亮分割点为各个子码的起 点；在本实施例中由于子码结构的特点，所以可以通过确定各个暗亮分割点 为各个子码的起点。在实际设置子码结构时，由于子码结构的不同，也可能 会出现亮暗分割点为各个子码的起点的情况，这时只要找到亮暗分割点，也 就找到了各个子码的起点，这构成了本发明的又一个实施例。可见，具体的 确定子码的起点方法会根据子码的结构特点进行调整。本实施例中具体为在成像图像上横向、等距离地找到暗亮分割点，接着 在相邻两个暗亮分割点之间搜索最佳的亮暗分割点；从图5可以看出，本发明的编码图像中各码的起点都是亮点，起点左边 是暗区，右边是亮区，而该码中间的分割点左边是亮区，右边是暗区，由此 如一行图像中某处象素是由暗变为亮，该处就有可能是一个子码的起点，可 作为一个暗亮分割点；在两个相邻的暗亮分割点之间，如某处象素由亮变暗，该处就有可能是一个子码内部亮区和暗区的分割点，可作为 一个亮暗分割点；这样就大致确定了成像图像上每个子码的起点，及每个子码的内部结构 特点；步骤702:在列的方向上对具有相同的起点的子码，将所述起点连接起 来，形成一列列的解码条紋；在深度变化緩慢时，同一列子码的起点在垂直方向上连续，可以将这些 连续的起点连接起来，得到多列编码条紋；步骤703:根据任意一列解码条紋亮区与暗区的分布规律确定该解码条 紋对应的编码图案中的子码，进而获得该解码条紋对应的编码图案中的列序 号；才艮据各列编码条紋水平方向和垂直方向亮区和暗区的分布规律确定该 条紋对应各个子码的相似概率，有几个子码，就可获取几个相似概率。在获 取所有列条紋的子码概率后，本发明接着将各列条紋和其右侧数列条紋的子 码概率综合起来，可获取当前解码条紋对应所有编码列的相似概率，并将相 似概率最大的列序号作为最佳的解码列序号。具体应用时右侧数列条紋的数 量，根据组成联合码的子码数进行选择，例如如果是从四个子码中选择3个 构造一个联合码，则右侧的数列条紋选2列，具体来说，如子码数为N-4， 采用L = 3列子码组成联合码，则可为每个条紋获取四个相似概率，将该条 紋与其右侧两条条紋的子码相似概率综合起来，可以得到64个相似概率， 将其中最大的 一个对应的联合码序号作为当前条紋最佳的解码列序号；另外，本实施列如采用编码列数翻倍的办法，即如上述采用子码数为N =4,采用L = 3列子码组成联合码，并将联合码重复一遍的编码方式，则在 采用上述方法进行解码获取最佳列序号后，还需要判断当前解码条紋的横坐 标，判断该解码条紋位于成像图像的中心线的哪一侧，根据该坐标的大小决 定是否将获取的列序号加上64，即如果该解码条紋位于成像图像的中心线 的右侧，或者说该解码条紋的坐标比较大，则将获取的列序号加上64，就 找到了编码图^f象中的对应列，实现了正确的解码。步骤704:获得所有解码条紋对应的编码图案中的列序号；由于物体的深度变化比较复杂，前面获取的列序号可能会出错，特别是 在深度变化比较剧烈的区域，本发明接着分析相邻的数列条紋，如这数列条紋的解码结果连续，即如果这数列条紋中的任意一列条紋的序号均满足如 下规律任意一列条紋的序号是t其右侧条紋的序号为左侧条紋的 序号为hi;则所述数列条紋为解码正确的，这样就可以将所有条紋区分为 解码正确的和解码不确定的，之前连续数列结果连续的条紋就是正确的，其 他条紋则认为是解码不正确的，进一步根据编码图案，将解码正确的条紋的序号在相邻条紋中#^据编码 图案的序号规律进行延伸扩展，获取所有解码条紋对应的编码图案中的列序号 步骤705:根据解码条紋与编码图案中各列的对应关系，采用插值方法 获取成像图像所有象素点在原始编码图案中的位置。在本实施例中，所述成像图像由摄像机获得，接下来，就可以根据摄像 机标定数据获取各点的深度信息。需要指出的是，本发明提出的上述解码方法用于对按列进行编码的编码 图案经过投影后获得的成像图像进行解码，事实上只要对所述方法的步骤稍 加改动就可以应用到对按行进行编码的编码图案经过投影后获得的成像图 像进行解码，实现起来比较容易理解，本发明对此不再赘述。总之，本发明的实施例中采用列向的结构光编码方法，根据采集到的成 像图像中各列编码的位置与标定数据的差异确定成像图像各个象素点的深 度，结合硬件电路实现图像的解码，深度数据的重构不需要依托任何复杂的 计算设备如计算机等，完全在硬件中实现。通过本发明的解码方法获得解码 的深度信息后，在解码的深度信息与由摄像机拍摄的物面图像的各个点之间 建立对应关系，从而可以进一 步获取物面图像中各个点的深度。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限 制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或 者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明 的权利要求范围当中。
权利要求
1、一种结构光编码方法，利用子码组成编码图案，其特征在于，所述方法包括以下步骤设定带锯齿的子码结构，所述带锯齿的子码结构不仅在横向上透光部分和不透光部分的比例为一特定值，而且在纵向上透光部分和不透光部分的比例也为一特定值，由两个方向上的比例值唯一的确定一个带锯齿的子码结构。
2、 如权利要求1所述的结构光编码方法，其特征在于，所述方法还包 括设定不带锯齿的子码结构，所述不带锯齿的子码结构在横向上透光部分 和不透光部分的比例为一特定值，由该特定值唯一的标识一个子码。
3、 如权利要求1或2所述的结构光编码方法，其特征在于，所述每个 子码在纵向上重复排列构成一列子码，所有列子码在行方向宽度一致。
4、 如权利要求3所述的结构光编码方法，其特征在于，所述方法还包 括由所述子码进一步构成联合码的步骤，所述联合码由至少两个子码组成， 所述联合码具备唯一性。
5、 如权利要求4所述的结构光编码方法，其特征在于，由所述子码构 成联合码的步骤包括选择设定子码中的任意一个组成联合码的第一个元 素，之后选择设定子码中的任意一个组成所述联合码中的第二个元素，以此 类推，直至选择设定子码中的任意一个组成所述联合码中的第L个元素，N 为设定的子码个数，L为从N个子码中进行选择构成联合码的元素数，则联 合码的个数为NL个。
6、 如权利要求5所述的结构光编码方法，其特征在于，所述方法还包 括将每个联合码的元素连续布置构成编码图案的步骤。
7、 如权利要求6所述的结构光编码方法，其特征在于，所述方法还包 括采用重复的联合码进行编码的步骤。
8、 如权利要求7所述的结构光编码方法，其特征在于，所述联合码为 两组，两组耳关合码在编码图案中心线两侧分布。
9、 一种结构光解码方法，用于对按列进行编码的编码图案经过投影后 获得的成像图像进行解码，其特征在于，所述方法包括以下步骤(1) 获取成像图像行方向上各个暗亮分割点或者亮暗分割点，根据编 码图案中的各个子码结构，确定所述各个暗亮分割点或者暗亮分割点为各个 子码的起点；(2) 在列的方向上对具有相同的起点的子码，将所述起点连接起来， 形成一列列的解码条紋；(3 )根据任意一列解码条紋亮区与暗区的分布规律确定该解码条紋对 应的编码图案中的子码，进而获得该解码条玟对应的编码图案中的列序号。
10、 如权利要求9所述的结构光解码方法，其特征在于，步骤(l)中 在成像图像行方向上等距离地找到所述暗亮分割点，在相邻两个暗亮分割点 之间搜索最佳的亮暗分割点。
11、 如权利要求9或IO所述的结构光解码方法，其特征在于，步骤(3) 进一步包括确定当前解码条紋的邻域条紋对应子码的相似概率，综合所述 邻域条紋对应子码的相似积克率获取当前解码条紋对应所有编码列的相似概 率，并将与当前解码条紋相似概率最大的列序号作为最佳的解码列序号。
12、 如权利要求11所述的结构光解码方法，其特征在于，所述邻域条 紋为当前解码条紋右侧数列解码条紋，所述邻域条紋的数量等于组成所述联 合码的子码数量减l。
13、 如权利要求11所述的结构光解码方法，其特征在于，所述方法还 包括以下步骤(4)获得所有解码条紋对应的编码图案中的列序号。
14、 如权利要求13所述的结构光解码方法，其特征在于，步骤(4)进 一步包括分析与当前解码条紋相邻的数列条紋，如果这数列条紋中的任意一列条紋的序号均满足如下规律任意一列条紋的序号是A:,其右侧条紋的 序号为A+1，左侧条紋的序号为hi;则所述数列条紋为解码正确的；将解码正确的条紋的序号在其他条紋中根据编码图案的列序号规律进 行延伸扩展，获取所有解码条紋对应的编码图案中的列序号。
15、如权利要求13或14所述的结构光解码方法，其特征在于，所述方 法还包括以下步骤(5)根据解码条紋与编码图案中各列的对应关系，采用插值方法获取 成像图像所有象素点在编码图案中的位置。
全文摘要
本发明提供了一种基于视频摄像设备的结构光编码及解码方法，结构光编码方法包括以下步骤设定带锯齿的子码结构，其不仅在横向上透光部分和不透光部分的比例为一特定值，而且在纵向上透光部分和不透光部分的比例也为一特定值，由两个方向上的比例值唯一的确定一个带锯齿的子码结构。结构光解码方法包括获取成像图像行方向上各个暗亮分割点或者亮暗分割点，确定所述各个暗亮分割点或亮暗分割点为各个子码的起点，形成一列列的解码条纹之后，根据任意一列解码条纹亮区与暗区的分布规律确定该解码条纹对应的编码图案中的子码，进而获得解码条纹对应的编码图案中的列序号。本发明具有结构光编码及解码方法简单、解码精度高的特点。
文档编号G06T9/00GK101281652SQ200810106328
公开日2008年10月8日 申请日期2008年5月12日 优先权日2008年5月12日
发明者谢东海, 英 黄 申请人:北京中星微电子有限公司