一种三维扫描系统中使用六种颜色的基于格雷编码原理的光栅条纹图像的条纹彩色编码方法，选用八种纯色中最不易受到光照等因素的影响或者最不易与其它颜色发生干扰而难以正确解码的六种颜色进行彩色条纹编码，从而选择了彩色条纹颜色及数目；并分别为所选六种颜色的条纹编号；接着列出所选六种颜色条纹的长度为４个彩色条纹且满足格雷编码原理的彩色条纹组合作为待选区，以此为依据进行彩色条纹编码，直到待选区中剩余未使用彩色条纹编码组合数小于五，得到序列周期唯一且编码周期起始位置任意的彩色条纹编码。用此彩色条纹编码设计投影光栅，提高了三维扫描系统中相位法的精度和准确度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于三维信息重构的
，基于格雷编码原理，使用六种颜色 得到序列周期唯一且根据序列中任意相邻四个条纹便可确定条纹位置的彩色 条纹编码的方法，尤其涉及一种使用六种颜色的基于格雷编码原理的光栅条纹 图像的条纹彩色编码方法。
技术介绍
近年来，在三维测量技术中，对彩色图像的应用越来越多，应用范围越来 越广泛，结构光法中的彩色光栅技术也有了较大的发展。使用彩色条纹编码即 投影彩色光栅的目的是，通过在被测物体上投射一幅按照一定规律排列的彩色 条纹图案，并用彩色CCD采集图像，分析得到物体的相位、高度等信息。彩 色光栅的优点是可利用条纹颜色记录更多的被测物体的相位信息，达到减少图 像采集数量、提高相位法实时性的目的，与此同时，更多的信息必然配合以更 复杂的设计方法，彩色条纹编码设计时对颜色的选择和对编码思想的确定也给 设计者带来了更大的挑战。尽管当今各种彩色编码方法层出不穷，但它们的性 能并不理想，仍有很大的研究和改进空间。三维轮廓检测及其重构技术是计算机图像处理技术的一个分支，是计算机 视觉和计算机图形图像处理相结合的一个研究方向，它在生产自动化、机器人 视觉、CAD、虚拟现实和医学映像诊断等领域都有着广泛的应用前景。光栅投影法具有检测过程完全非接触、数据空间分辨率高、 一次性瞬间投 影直接实现三维空间物体形状检测和获取三维信息的特点。在实际应用中具有 对环境要求低、成本低廉、使用操作方便等多种优点。在光栅条纹图中，通过给待求相位场加上已知或未知的常相位，来得到新 的条纹图，即增加求解条件。这种通过对条纹图相位场进行移相来增加若干常 量相位而得到多幅条纹图用以求解相位场的方法，称为相移法。相移法可提供比其他方法更高精度的结果，更重要的是，它没有相位符号二义性问题。这是 因为多幅相移图比单幅图提供了更多的信息。通过上述方法得到的相位值在 -;r ;r的范围内是折叠的(wrapped),为了得到全场唯一的相位值，在从相 位分布中导出被测参数之前必须对所有的象素识别出未知的2;r倍数跃变，从 而得到复原的相位解码。这一过程称为位相展开(phase unwrapping)或位相 复原。彩色编码条纹就是一组指定颜色条纹的序列，称为序列周期，其长度由测 量范围要求而定，以整个序列周期的投射范围能完全覆盖被测物体为宜。对拍 摄的编码条纹图解码时，要想确定某个彩色条纹在序列周期中的准确位置，必 须至少识别与这个条纹相邻的一个或多个条纹，根据它们的组合顺序来搜索它 们在序列周期中的位置。这个组合最少所需包含的条纹数量就称为编码周期。 编码周期不宜过长，因为被测物体表面一块形状连续变化的区域上至少应有一 个编码周期，才能正确识别这个区域的位置，进而得到正确的位置和高度的对 应信息，如果被测物体表面形状变化不连续且较频繁，则有的形状连续变化的 区域宽度可能小于一个编码周期的宽度，导致此区域无法正确识别，无法解码。根据编码周期的起始位置，彩色条纹编码可分为编码周期起始位置确定 和任意两种。所谓编码周期起始位置确定，就是以固定的一种或两种颜色作为 每个编码周期的第一个条纹颜色， 一般选白色或黑色。这样，在解码的时候， 不管从哪个条纹开始解码，只要往前搜索到指定的起始的条纹，就可以从这个 条纹开始搜索得到整个编码周期，最终确定条纹的位置；如果往前搜索起始条 纹失败，也可以往后搜索到下一个编码周期的起始条纹，确定了下一个编码周 期，也可以借此确定本条纹的位置。所谓编码周期起始位置任意，就是没有确 定的编码周期起始的条纹颜色，每一个条纹都可以作为一个编码周期的起始条 纹，根据设定的编码周期长度，由每个条纹往后一个编码周期的条纹的组合都 是唯一的，都可以由此而确定条纹的位置。显然，编码周期起始位置任意的彩色条纹编码适用范围更广，更能适应 被测物体表面形状的突变，因此性能更优。在彩色编码条纹的设计中，为了使条纹颜色容易区分，通常选择颜色区分 度大的纯色进行编码，对于红色R、绿色G、蓝色B三个分量，只选用0和255 两个灰阶，这样三个分量可以构成八种纯色白色(255， 255， 255)、红色(255，0， 0)，绿色(0， 255， 0)、蓝色(0， 0， 255)以及他们的补色黑色(0， 0， 0)、青色(0， 255， 255)、品色(255， 0， 255)、黄色(255， 255， 0);其中 各颜色后面的括号内分别是红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)三个分量的灰度 值。为了扩展序列周期或者编码周期，可选择全部八种纯色来参与编码。刘维 一等经研究表明，八种纯色中，白色、红色、绿色、蓝色最容易区分，因而只 使用这四种颜色作为条纹颜色。也有人考虑到，经过投影和CCD采集后，红 色和蓝色之间会出现混叠，使其相互干扰而难以得到准确的边界。而红色和蓝 色向绿色扩散的程度相同，因此在红色和蓝色条纹中间插入细绿色条纹，这样 在解码时只需找到绿色条纹的中心，就能确定红色和蓝色条纹的交界。此外， 也有人使用红色、绿色、蓝色三种颜色或者七种纯色排列组合进行编码，而选 择黑色或者白色条纹作为间隔，即将第奇数个条纹全部设为黑色或者白色条 纹，第偶数个条纹则按照编码规则进行排列组合。这样既有利于解码之前的图 像分割，又能增加编码周期的长度。任何彩色条纹编码都必须满足以下条件即可任意相邻两条纹颜色不同； 且任意编码周期的颜色序列都不相同，即在解码时不会产生歧义而导致解码错 误。但是这些编码都有相邻彩色条纹边界处的码间干扰问题，这是由于相邻彩 色条纹的RGB三个分量中可能有两个或三个分量都不同，用投影仪和CCD实 现投影和图像采集时，条纹边界处各分量的变化可能是不同时的，就会导致各 分量决定的条纹边界不重合，在条纹边界处就可能出现错误的RGB分量组合 代表的颜色，扰乱图像分割和解码过程，降低解码精度。有些彩色条纹编码在设计时为了避免上述原因造成的码间干扰，使编码符 合格雷编码原则。格雷编码考虑到投影、图像采集以及解码中产生错误的概率， 规定相邻条纹间只能有一位不同，对于彩色编码来说，也就是RGB三个分量 中只能有一个分量不同，可有效避免条纹边界出各分量变化不同时造成的码间 干扰问题。但是这些编码没有选择最易区分的颜色进行编码，有些相邻颜色由 于受到图像采集时光照等外界因素的影响，在后期彩色图像分割会难以区分， 无法得到准确边界。综上所述，设计彩色投影光栅图主要有两个方面的问题 一、适当选择颜色种类和数量，平衡对图像包含信息量的要求和彩色图像分割精度要求，因为图f象中包含的颜色种类越多，所代表的物体相位信息也就越多，同时又会增大不同颜色间相互干扰的几率，并且容易受到光照等外界因素的影响，降低后期彩色图像分割的精度和准确度，进而影响解码结果。二、为了唯一确定绝对相位，需要设计唯一的条纹序列，即彩色条纹编码问题。同时，为了扩大测量范围，应使唯一的条纹序列周期尽量大。在实现彩色条纹编码时，需要考虑以下问题1) 彩色条纹的宽度设计要合适，不能太窄，太窄的条纹进行投影采集时 会变得模糊，将加大找条纹的难度；而太宽又会造成高度信息呈阶梯 状分布，影响测量精度。根据实验经验， 一般可将条纹宽度设置为32 个像素，并且保证序列周期在20到40个彩色条纹范本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于格雷编码原理的光栅条纹图像的条纹彩色编码方法，以３２个像素为彩色条纹宽度，设计光栅条纹图像，其特征在于： 步骤１：列出八种纯色：采用对２４位真彩图像三个分量Ｒ、Ｇ、Ｂ分别赋值实现，２４位真彩图像的Ｒ、Ｇ、Ｂ分量分别是８位，有２５６个灰阶，把每个分量只取０和２５５两个值，并将灰阶２５５时为１，灰阶０时为０，这样Ｒ、Ｇ、Ｂ分量的取值分别为０或１，这三个分量有８种组合且分别代表八种纯色：黑色为０００、蓝色为００１、绿色为０１０、青色为０１１、红色为１００、品色为１０１、黄色为１１０、白色为１１１， 步骤２：选择彩色条纹颜色、数目，并为彩色条纹编号：从八种纯色中选择六种颜色进行彩色条纹编码，所述的六种颜色为蓝色００１，黑色０００，红色１００，黄色１１０，白色１１１和品色１０１，并依次将蓝色００１条纹，黑色０００条纹，红色１００条纹，黄色１１０条纹，白色１１１条纹和品色１０１条纹的编号记为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ及Ⅵ， 步骤３：确定编码周期，并列出长度为此编码周期的所有可能的彩色条纹编码组合：以４个彩色条纹为编码周期，根据步骤２中设定的编号，满足格雷编码且编码周期为４个彩色条纹的所有可能的彩色条纹编码组合为： Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ，Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅱ，Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ， Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ，Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅲ，Ⅱ Ⅲ Ⅱ Ⅰ，Ⅱ Ⅲ Ⅱ Ⅲ，Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅲ，Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ，Ⅲ Ⅱ Ⅰ Ⅱ，Ⅲ Ⅱ Ⅲ Ⅱ，Ⅲ Ⅱ Ⅲ Ⅳ，Ⅲ Ⅳ Ⅲ Ⅱ，Ⅲ Ⅳ Ⅲ Ⅳ，Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅳ，Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ， Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ，Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅲ，Ⅳ Ⅲ Ⅳ Ⅲ，Ⅳ Ⅴ Ⅳ Ⅲ，Ⅳ Ⅲ Ⅳ Ⅴ，Ⅳ Ⅴ Ⅳ Ⅴ，Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅴ，Ⅴ Ⅳ Ⅲ Ⅱ，Ⅴ Ⅳ Ⅲ Ⅳ，Ⅴ Ⅳ Ⅴ Ⅳ，Ⅴ Ⅳ Ⅴ Ⅵ，Ⅴ Ⅵ Ⅴ Ⅳ，Ⅴ Ⅵ Ⅴ Ⅵ， Ⅵ Ⅴ Ⅳ Ⅲ，Ⅵ Ⅴ Ⅳ Ⅴ，Ⅵ Ⅴ Ⅵ Ⅴ， 步骤４：确定各个编码周期的彩色条纹编码： 步骤４．１：将步骤３中列出的所有可能的彩色条纹编码组合作为待选区，从中取彩色条纹编码组合Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ作为第１个编码周期，并在待选区中删除此彩色条纹编码组合，形成第１待选区， 步骤４．２：从第１待选区选择出前３个彩色条纹与第１个编码周期中的后３个彩色条纹相同的彩色条纹编码组合Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅲ和Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ，随机选取Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ作为第２个编码周期，并在第１待选区中删除此彩色条纹编码组合，形成第２待选区， 步骤４．３：从第２待选区选择出前３个彩色条纹与第２个编码周...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：达飞鹏，韩佩妤，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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