彩色光栅投影3D模型恢复中的条纹图像处理

光栅投影3D模型恢复技术以其非接触、测量速度高且易于实现自动化而受到普遍的关注和广泛的研究,条纹图像处理是其关键技术之一.采用RGB三基色有序条纹结构光投射模式,基于该模式提出无需任何偏色图像先验信息或理想假设条件的图像偏色调整方法,在条件并行细化算法基础上研究改进细化算法,研究了条纹中心线自动编码和存储的方法.实验表明得到的条纹中心线单像素程度高、居中性好;条纹自动编码准确率高,均达到工程实际应用的要求.     

彩色编码结构光测量系统器件非线性校正

在彩色编码结构光测量系统中,为解决伽马畸变和颜色串扰导致的CCD接收相位非线性问题,提出一种基于彩色灰度图像的伽马值预编码法.根据CCD对彩色三通道响应程度的差异,分别对各通道投影灰度引入不同预编码值进行预调制,同时求取串扰逆矩阵对颜色串扰进行补偿.为验证该方法的有限性,搭建光栅投影结构光三维测量系统.实验结果表明:该方法能够校正各通道光栅条纹的非正弦性,包裹相位的相位误差得到大幅减少.与已有的校正方法相比,该方法的校正效果更好.     

基于条纹边界编码光系统的三维分层重构技术

给出了一种基于条纹编码光的三维分层重建技术;为了提高结构编码光的抗干扰性,采用一种基于时空多帧编码的投射条纹图像,通过整合分析多帧图像不同条纹间的跳变关系得到被测物象的光栅条纹编码从而有效提高结构光的抗干扰性;采用一种新的基于组合数学的编码算法以利于条纹编码自动化;在既有文献基础上,提出新的基于条纹边界编码光的三维分层重构数学模型。实验结果证明,在3D重建方面,该技术具有较强的鲁棒性。     

HSV色彩空间的Retinex结构光图像增强算法

在结构光几何重建中,由于拍摄方式和场景照明情况的复杂多变,使得产生的图像可能会因为光线的亮暗不均造成图像细节的缺失.为此,提出一种基于HSV色彩空间变换的带颜色恢复Retinex算法和色彩饱和度校正策略.针对颜色保持的需要,首先将传统RGB空间上的多尺度Retinex算法转换到HSV颜色空间;然后通过分析HSV颜色空间模型来增强模型中的V分量,同时利用相关系数使S分量随着V分量的增强进行自适应调整;最后将HSV模型转换到RGB空间,使增强后的图像颜色得到保持.实验结果表明,该算法应用于结构光条纹图像的增强中将使结构光图像在颜色得到保持的同时细节信息也得到了增强,更利于后续条纹信息的提取及自动编码.     

基于边界信息的结构光编解码方法

针对传统结构光编解码算法在处理有遮挡、阴影的光栅条纹时会导致错误的解码,且得到的不同编码值条纹会出现重叠现象的问题,通过采用改进的Canny算子提取黑白条纹之间的边界,提出一种基于边界信息的结构光精确编解码算法.根据结构光条纹图像的特点对Canny算子进行改进,使其适用于条纹边界精确提取.在结构光编解码方法中,首先建立描述结构光图像序列条纹边界的编解码二叉树,然后设计边界定位和解码算法来求解未知边界的编码值,再构造边界匹配算法来消除不同编码值条纹部分重叠的问题,最后实现对由于遮挡、阴影引起的断开边界的解码.实验结果表明,该算法对条纹进行解码的精度更高、误判率更低,并且对形状复杂的物体的条纹图像具有较好的抗干扰性.     

基于结构光的三维点云重建方法研究*

结构光三维成像是近年来三维成像领域的研究热点之一。整体设计及实现了条纹结构光三维重构系统,并重点研究了点云生成三角网格方法。该系统使用整体阈值与局部滑动阈值相结合的方法提取到条纹中心特征点,以像素索引值为中间媒介进行编码值插值计算,并利用像素索引值为媒介对点云进行三角网格化处理。利用像素索引值的方法简化了点云插值和点云生成三角网格的处理过程,并且能够精确得到每个点上的颜色值并进行颜色渲染。最后利用提出的方法对石膏模型和实际人脸面部进行了三维测量和重建,并分析了该方法测量的精度。结果表明提出的方法达到了实验精度的要求并取得了非常好的三维重构效果。     

基于面结构光的机械工件三维扫描系统设计

针对工业机器人对自动化装配过程生产效率的提高以及工件拾取对三维扫描技术的应用需求,设计了能够准确提取机械工件表面点云的视觉系统。扫描系统主要由计算机、投影仪和工业相机构成。基于光学测量和机器视觉的原理,主要研究设计了扫描系统工业相机和投影仪的标定策略、结构光栅编码解码的检测策略以及点云重构的几何策略。对于机械工件三维扫描重构的多余背景平面点云,研究设计了通过随机选取点云并反复迭代构造背景平面实现分割的有效方法。实验结果表明采用面结构光技术,由投影仪投影不同频率的结构光栅在机械工件上,工业相机同步采集被机械工件调制的结构光栅图像,对图像中的光栅条纹进行提取并计算,并利用三角检测算法提取机械工件表面点云的方案具有高准确性,能够有效重构机械工件表面点云。     

一种点云数据获取的编码结构光方法研究

介绍了采用De Bruiin序列对结构光进行编码,基于全局优化思想对条纹边界进行最优邻域匹配,利用增加约束的动态编程遍历最优匹配路径网格得到最优匹配路径;对畸变条纹图像进行颜色校正,提高了边界检测的准确率.该编码策略解码简单,匹配算法能取得较好效果,得到的点云数据精度能够达到三维表面重建的要求.     

基于编码结构光和外极线约束的自由曲面三维轮廓术

提出了一种新的基于编码结构光和外极线约束的自由曲面立体视觉测量方法,这种方法有效解决了立体视觉中的图像匹配问题;外极线约束将可能的候选点限制在直线分布,引入编码光用来确定光栅条纹的级次;这种方法极大地减小了图像匹配的运算量,同时减小了错误匹配的概率;实验表明,采用编码光栅投影视觉测量能够高效准确地测量自由曲面的三维轮廓.     

彩色结构光系统高低强度条纹的颜色聚类方法

基于De Bruijn序列的彩色结构光编码作为空间编码的一种,具有测量速度快的特点。其中,彩色条纹的识别是关键问题之一。针对高低强度相间的4色De Bruijn序列条纹投射模式的特点,在L*a*b*颜色空间中,通过L值的线性二次差分滤波实现了对捕获的彩色结构光高低强度条纹的分割。利用主成分分析和K均值聚类思想,设计了自适应颜色聚类方法,实现了对4种高低强度颜色的识别。实验结果表明,该方法对环境光等因素具有较好的鲁棒性,满足彩色结构光视觉测量对精度要求高以及信息提取简单的要求。     

Color-encoded structured light for rapid active ranging

In this paper, we discuss a novel strategy for rapid acquisition of the range map of a scene employing color-encoded structured light. This technique offers several potential advantages including increased speed and improved accuracy. In this approach we illuminate the scene with a single encoded grid of colored light stripes. The indexing problem, that of matching a detected image plane stripe with its position in the projection grid, is solved from a knowledge of the color grid encoding. In fact, the possibility exists for the first time to acquire high-resolution range data in real time for modest cost, since only a single projection and single color image are required. Grid to grid alignment problems associated with previous multistripe techniques are eliminated, as is the requirement for dark interstices between grid stripes. Scene illumination is more uniform, simplifying the stripe detection problem, and mechanical difficulties associated with the equipment design are significantly reduced.     

CMOS传感器在可编码三维测量中的应用

设计了一种可纠错的光栅条纹编码三维测量方案。采用CMOS图像采集传感器构建了一种三维测量系统,通过采用汉明码作为可纠错编码方案,解决了光栅交界处像素点编码错误的问题,并验证了可行性。     

An interpolation algorithm fitted for dynamic 3D face reconstruction

In order to solve the problem of low recognition accuracy in later period which is caused by the too few extracted parameters in the 3D face recognition, and the incapable formation of completed point cloud structure. An automatic iterative interpolation algorithm is proposed. The new and more accurate 3D face data points are obtained by automatic iteration. This algorithm can be used to restore the data point cloud information of 3D facial feature in 2D images by means of facial three-legged structure formed by 3D face and automatic interpolation. Thus, it can realize to shape the 3D facial dynamic model which can be recognized and has high saturability. Experimental results show that the interpolation algorithm can achieve the complete the construction of facial feature based on the facial feature after 3D dynamic reconstruction, and the validity is higher.     

基于结构光技术的动物内脏三维重建研究

针对内窥镜手术监控中二维图像三维重建的需求,对结构光三维重建中的标定和匹配中的关键技术进行改进,使用改进后的标定方法和编码策略有效重建了动物内脏目标。为减少错检,在格雷码条纹之间加入一个像素宽的红色,来判断条纹边界像素点的存在与否。使用灰度重心法可精确实现条纹边界定位。针对三步相移法标定投影仪过程中相位去包络的不稳定性问题,使用双频投影栅线法,避免了复杂易产生噪声的去包络过程。实验结果表明,使用文中提出的策略可以有效重建动物内脏目标。     

线结构光光条中心提取算法

目的 线结构光视觉测量是一种利用可控光源和数字图像的主动视觉测量方法,光条中心提取是线结构光视觉测量的关键技术,直接影响到线结构光视觉测量的精度。传统灰度重心法只在图像的横向或纵向上计算光条的灰度重心,没有考虑光条的法线方向,精度较低。本文提出一种改进的光条中心提取算法,以期实现光条中心的精确提取。方法 在分析线结构光的光条灰度特性基础上,基于传统的灰度重心法,提出一种改进的两步提取算法。基于图像差分法从原始图像中分离出有效的线结构光光条,采用传统灰度重心法对光条中心进行粗提取;在粗提取的光条中心点处通过自定义的方向模板确定光条的法线方向,以粗提取的光条中心点为中心,沿法线方向采用灰度重心法进行二次提取,获取线结构光光条的中心。结果 本文采用CCD相机、镜头、线激光器及辅助机构搭建线结构光视觉系统,采用提出的算法对线激光器投影产生的直线型光条、非连续光条和弯曲光条的中心进行提取。通过光条中心提取实验获取的光条中心线的走向与光条的走向大致相同,符合预期的光条中心线。本文将Steger法作为评价标准,分别计算本文算法、传统灰度重心法与Steger法提取的光条中心的偏差,通过对比实验可知,本文算法提取的光条中心的偏差更小,并且程序运行时间比Steger法减少了3 s以上。结论 本文研究线结构光的光条中心提取算法,对传统灰度重心法进行改进,能够实现直线型光条、非连续光条和弯曲光条等不同形状光条的亚像素级中心提取,并且在保证较少的程序运行时间的同时,能够提高传统灰度重心法的光条中心提取精度。     

流线形风格化图像生成算法

流线形风格化图像是印象派风格的典型代表,其艺术特点是通过流线条表现狂野与活泼的流动感,又通过色彩的层叠感表现时空的凝滞性.提出一种流线形风格化图像绘制算法,通过提取目标图像的结构矢量场,利用欧拉弹性模型进行光顺化得到流线场;通过结合凹凸映射的多源光照渲染和色彩扰动得到色彩层叠感强的纹理图;然后利用线积分卷积方法对流线场和纹理图进行合成,并利用样本梵高图像进行颜色传输得到最终的绘制结果.实验结果表明该算法自动化程度高,绘制结果具有较好的流线流动感和色彩层叠感.     

基于单幅光模板的高分辨率可靠3维形貌重建

如今在计算机视觉领域,基于结构光从2维图像重建物体的3维轮廓已成为研究热点。然而低分辨率、纹理受限、对光照敏感是此项技术实际应用的主要制约。由于结构光视觉的关键技术是编码解码,因此为了进行高分辨率可靠的3维形貌重建,提出了一种新的彩色编码结构光技术,用来对单幅图像进行3维重建。该技术首先设计一个基于De Bruijn序列的等距白色光条间隔的彩色光模板,同时采用K均值聚类的方法来匹配投影仪和摄像机平面之间对应的光条颜色。然后引入聚类的统计特征量,以自适应不同场景、纹理,使之能够在无控光照条件下实现光条边界局部的精确定位、模板正确匹配和解码。另外,针对静态场景,同一光模板相移方法还可以获取高分辨率的3维形貌,可适用于高密度重建任务。实验结果表明,该方法可在日常光照下重建高分辨率可靠3维模型,并可提高3维形貌获取的适用条件。     

基于全息光栅的CCD位移传感器

提出了一种新型的基于全息光栅的CCD位移传感器，该系统利用CCD分辨力高、像素均匀等特点，对干涉条纹的移动进行精确定位，而且全息光栅在测量过程中又具有不受光源波长的影响、适用光谱范围宽等特点，实现了位移的自动精确测量。该系统具有一定的实用价值及应用前景。     

基于线性滤波的树结构动态规划立体匹配算法

传统的动态规划立体匹配算法能有效保证匹配精度的同时提高运行速度, 但得到的视差深度图会出现明显的条纹现象,同时在图像弱纹理区域以及边缘存在较高的误匹配. 针对该问题,提出了一种新的基于线性滤波的树形结构动态规划立体匹配算法. 算法首先运用改进的结合颜色和梯度信息参数可调的自适应测度函数构建左右图像的匹配代价, 然后以左图像为引导图对构建的匹配代价进行滤波; 再运用行列双向树形结构的动态规划算法进行视差全局优化, 最后进行视差求精得到最终的视差图.理论分析和实验结果都表明, 本文的算法能有效地改善动态规划算法的条纹现象以及弱纹理区域和边缘存在的误匹配.