基于彩色结构光的自动编码算法

针对光栅投影三维轮廓测量中被测对象所含特性越来越复杂,提取到的细化光栅条纹存在大量断裂,导致细化条纹编码困难的问题,提出了一种基于彩色结构光的自动编码算法。设计了一种新的彩色结构光模型并且给出了其设计原理,实现了一种新的条纹自动编码算法。该算法从投影的彩色结构光栅中提取到带有颜色信息的细化光栅条纹,通过判断条纹最佳相邻的连通区域依次对其每种颜色的细化条纹进行编码,最后利用光栅模型的周期性进行组合编码得到完整图像的条纹编码。仿真实验结果表明：该彩色结构光模型设计简单,条纹自动编码算法的准确率较高,其误差能够降低将近10%,利用得到的条纹编码数据能够重建出较理想的三维点云数据模型。     

结构光三维获取系统条纹中心线检测

结构光三维信息获取系统中,条纹中心的准确检测是影响系统精度的关键因素之一。传统的基于方向模板的方法带来几个问题:(1)专注于像素点的提取,忽略像素之间的结构光点(;2)重建的物体表面粗糙。为提高结构光条纹中心线的提取精度和提高重建对象的表面光滑度,提出了一种基于曲线拟合的结构光条纹中心的检测方法。这种方法基于Bezier曲线拟合,结合多帧平均和方向模板。实验表明采用这种方法可以获得比较高的提取精度和比较好的表面光滑度。     

使用白色结构光编码的三维几何发型重建

为了实现对头发区域三维模型的快速精确重建,对发型建模提供可行技术方案,利用白色结构光技术搭建三维发型采集系统,并提出一种高频二值条纹的结构光编码算法.该系统使用了4台自制的白色结构光扫描仪,通过预先配置空间位置实现对头部区域的有效覆盖,并利用高频二值条纹编码算法在1s内采集头部数据,提高结构光条纹边缘可辨识度,实现亚像素级数据精度,之后快速重建出包括发型在内的三维头部网格模型.实验结果表明,重建后的三维发型具有高几何精度,达到了当前最优的毫米级别,并验证了采集系统特别是编码算法的有效性和鲁棒性.     

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.     

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.     

基于编码结构光的物体表面点云获取算法

为了解决基于结构光的三维重建中摄像机观测条纹与投影仅模式之间的匹配问题,提高点云数据的精度,采用De Bruijn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(BN-Matching),并针对结构光图像的特点和用途提出了边界检测算法.该编码方法结合时分多路复用与空间邻域两种编码的思想,对物体表面的连续性和单调性不作限制.实验结果表明,边界检测及匹配算法有较强的鲁棒性,获得的点云数据能够满足后续三维表面重建的要求.     

基于H.264标准的多视点视频编码方案的研究

为研究一种新的高效的多视点视频编码方法,提高编码效率,并有效地提高视点间随机切换访问的能力,利用H.264中的新技术多参考帧、SP/SI帧、分层B帧编码等,根据时空预测编码结构的方法,提出了一种基于分层B帧并有利于视点间随机切换访问的多视点视频编码方案.实验结果表明,该方案在提高了编码效率的同时,在视点较多的情况下能够有效地提高视点间随机切换访问的能力.     

基于信度评估的线结构光多重曝光条纹提取

在单线结构光三角测量法的实际应用中，图像中条纹截面灰度分布的可靠性是保证条纹中心提取精度的重要基础。在物体表面反射特性不均匀的测量场景中，受欠曝光与过曝光的双重影响，造成条纹截面灰度分布不均匀、条纹中心可信度低等问题。基于上述问题，对复杂反射特性表面的单线结构光条纹提取技术进行了研究。提出了一种基于信度评估的条纹提取方法。创新性地应用了条纹能量密度与条纹宽度相结合的双参数评价标准，有效避免了单一能量信度标准下约束力不够的问题。该方法依据信度阈值识别多重曝光图像中的可信条纹，并将可信条纹拼接重建成最终条纹图像。试验结果表明，重建图像具有全局可信度，有效提升了条纹中心计算精度。该方法能够为复杂场景下三维测量技术的发展提供一定参考。     

基于TMS320DM642的三维物体表面测量系统

提出一种基于DM642的嵌入式三维物体表面测量系统.该系统应用结构光原理,使用DSP/BIOS嵌入式系统生成相应的编码条纹,控制并实现编码条纹的投影、采集图像以及相位解调和点云数据的计算.实验证明,基于DM642的嵌入式三维物体表面测量系统能很好的实现三维信息的采集及测量任务.     

灵活的多视点视频编码预测结构

多视点视频的时空相关性不仅随着序列的变化而改变,而且视频序列内的相关性特征随着时间的推移也会发生变化,固定的预测结构难以适应复杂情况下多视点视频编码的各种要求。在分析分层B帧预测结构和多视点视频图像中当前帧及其参考帧之间时间相关性和视点间相关性的基础上,提出一种灵活的预测编码结构,根据该多视点视频的时间及视点间相关关系和当前帧与其时间参考帧之间的距离来确定该帧是否采用耗时的视点间预测。实验结果表明,与分层B帧的改进算法——可扩展性预测结构多视点编码算法相比,本文算法在保证编码效率基本不变的前提下,编码复杂度降低了约45%,随机访问性能提高28%,解码图像缓冲区要求降低46%左右。     

踝关节功能评价三维测量系统设计

在临床上医师通过对踝关节的X线拍片和多年经验来判断踝关节功能性不稳,这将增加临床诊断成本和诊断门槛.对于此问题,介绍一种基于三维测量与重建模型的踝关节功能评价系统.该系统采用结构光正-反投影技术,通过结构光正-反条纹图像来检测结构光边缘并实现亚像素定位;在此基础上,利用立体视觉原理来实现踝关节姿势的三维测量与重建,最后通过三维重建模型来分析踝关节功能性不稳.实验结果表明,该系统在无任何机械接触的情况下,有效地分析评价踝关节功能性不稳,为踝关节功能性不稳的早期发现和康复医疗提供有利的诊断与决策依据.     

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。     

结构光截面轮廓测量中激光条纹的处理

在结构光测量系统中需要对采集到的激光条纹图像进行有效处理。该文提出了一种基于差图像的阈值分割方法,应用该方法对采集到的激光条纹图像进行阈值分割从而得到二值激光条纹图像,利用神经网络对二值激光条纹图像进行细化处理,处理过的细化条纹图像满足0.5％的精度要求,图像二值化处理时间不到1s,细化过程的时间小于2s,相对传统的图像处理时间有所增加,已经成功地应用在物体三维重建时特征参数匹配的预处理中。     

三维全身扫描仪的建模仿真

随着计算机全面进入3D时代，三维全身扫描系统对社会的价值越来越显著，获取人体表面的三维几何信息，是建立3D人体模型的先决条件。该文提出了一种基于结构光方法的三维全身扫描仪的系统仿真方案，使用3D Studio MAX软件仿真得到虚拟扫描头运动形成的带激光条纹的图像序列，最后用仿真数据进行三维重建。关键步骤包括用自适应阈值法提取激光带中心，深度图像的获取，以及多扫描头数据的融合等。实验取得了满意的效果，获得了人体的完整轮廓线，验证了系统仿真方案的合理性与高效性。     

3D coordinates measurement based on structured light sensor

This paper mainly discusses several challenges in exploiting a structured light sensor to realize 3D coordinates measurement: a practical and flexible sensor structure is proposed with accuracy analysis, a very robust and accurate line extraction method is adopted to localize the center of the light stripe under considerable disturbances, the invariance of double cross-ratio based method is used to obtain enough accurate calibration points and a novel planar target based calibration method is presented. An application system of the structured light sensor for tyre inspection is set up, and the real online measurement results show that the application system has good repeatability and accuracy.     

Scene adaptive structured light using error detection and correction

In this paper, we present a new structured light 3D reconstruction method that can be applied to scenes in the presence of global illumination such as inter-reflection, subsurface scattering and severe projector defocus. The proposed method takes advantage of important properties embedded in the binary code patterns, and determines the minimum stripe width that eliminates the effects of subsurface scattering and projector defocus in the capturing stage. Moreover, errors caused by inter-reflection are detected, and corrected by an iterative approach. Our method can be applied to scenes where more than one global illumination effect appears in a scene point. The accuracy of our method is demonstrated by quantitative evaluation, and its robustness by qualitative evaluation when applying to real-world scenes with various characteristics, both of which are better than two of the currently known best methods.     

Calibrating a Structured Light Stripe System: A Novel Approach

The problem associated with calibrating a structured light stripe system is that known world points on the calibration target do not normally fall onto every light stripe plane illuminated from the projector. We present in this paper a novel calibration method that employs the invariance of the cross ratio to overcome this problem. Using 4 known non-coplanar sets of 3 collinear world points and with no prior knowledge of the perspective projection matrix of the camera, we show that world points lying on each light stripe plane can be computed. Furthermore, by incorporating the homography between the light stripe and image planes, the 4 × 3 image-to-world transformation matrix for each stripe plane can also be recovered. The experiments conducted suggest that this novel calibration method is robust, economical, and is applicable to many dense shape reconstruction tasks.     

精确提取线结构光条纹中心方法

线结构光三维坐标测量中,光条纹中心的精确快速提取直接影响测量精度与效率。提出了基于光条纹图像方向与重心法相结合的方法,首先用阈值法获取条纹中心初值,然后,通过光条纹图像的灰度梯度,计算条纹法线方向,最后,在法线方向用重心法提取光条纹重心。实验结果表明,该方法能快速精确地提取光条纹中心,精度达到亚像素级。     

基于微机电系统振镜的多频相移正弦结构光系统相位展开误差分析

随着增强现实和虚拟现实技术的发展,以及元宇宙概念的兴起,三维重建技术作为重要的内容获取手段得到了广泛的应用。其中,结构光重建技术以其高精度且不受物体表面材质纹理影响的特点,得到了研究者的重点关注。传统的结构光三维重建主要使用基于数字光处理的投影仪来投影编码图案,然而,数字光处理投影仪存在尺寸大、功率高、价格昂贵等缺点,限制了其在众多应用中的便利性。因此,微机电系统振镜因其体积小、成本低、帧率高等特点,在越来越多的三维扫描系统中,被考虑作为投影仪投影编码结构光。但限于只能投影单向条纹图案和存在红外激光器散斑效应带来的噪声的缺点,传统的基于三角测量方法并不适用。因此,该文采用相位-高度模型,搭建了基于微机电系统振镜的三维扫描系统。针对散斑效应引起的噪声,本文通过实验对比了基于微机电系统振镜常用的 3 种时间相位解包裹算法的抗噪性能。结果表明,多频层级法和负指数拟合法的抗噪性能较好,精度较高,而多频外差法的抗噪性能较差。该研究结果可为研究人员选择解相方法提供参考。     

基于改进调制结构光的三维形状准确测量方法

针对结构光三维形状测量中投射结构光的相互反射而降低形状测量精度的问题,提出一种改进结构光三维形状测量方法.该方法是利用了直接反射和相互反射之间存在的相位差异,以格雷码为基础设计出新的调制结构光;向被测对象投射一系列调制结构光的正-反投影,并利用摄像机获取与其相对应的结构光条纹图像.通过该条纹图像的亚像素定位方法确定结构光的边缘.实验结果表明,该方法能够准确地分离或消除了相互反射,将提高结构光三维形状测量精度.