專利名稱：一種光柵投射與識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)光三維形貌測量技術(shù)，涉及對(duì)高密度光柵投射與識(shí)別方法的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
三維形貌測量系統(tǒng)中，圖樣投射器多采用專門設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)，往往只能投射某種模式的圖樣?，F(xiàn)有系統(tǒng)中，有的投射單根光條通過掃描實(shí)現(xiàn)三維形貌測量[朱洲等，基于結(jié)構(gòu)光的三維全身人體掃描儀，華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，Vol32(10)7-9]，有的則投射由多根光條形成的光柵圖樣[馮展軍等，基于光柵的三維主動(dòng)視覺檢測，計(jì)量技術(shù)，2003，515-18]。實(shí)際測量中，光柵光條的密度越大，就越可以更加細(xì)致地獲得物體的三維形貌數(shù)據(jù)。但光條密度太大時(shí)，光條的識(shí)別就發(fā)生困難，往往難以區(qū)分。因此，目前一般采用的方法是投射一定密度的可分的光柵，通過插值獲得更多的數(shù)據(jù)。插值是一種近似，必然引進(jìn)近似誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種可投射高密度光柵并易于進(jìn)行光條識(shí)別的方法，從而提高三維形貌測量的精細(xì)度，避免插值帶來的近似誤差。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種光柵投射與識(shí)別方法，使用數(shù)字投影儀作為光柵圖樣投射器，投影儀與一個(gè)計(jì)算機(jī)連接，通過計(jì)算機(jī)控制光柵圖樣投射器產(chǎn)生任意模式和任意密度的光柵，根據(jù)測量需要確定所投射原始光柵的密度，其特征在于，1、采用“金字塔子光柵投射法”對(duì)光柵密度達(dá)到光條不能分辨程度的原始光柵進(jìn)行細(xì)分，設(shè)原始光柵有N根光條，N＝2n，n為正整數(shù)，細(xì)分的具體步驟是1.1、每隔一根光條將原始光柵細(xì)分為兩幅子光柵，每幅子光柵含N/2根光條，每根光條在原來光柵中的位置不變，細(xì)分后若子光柵達(dá)到分辨要求即停止細(xì)分，否則繼續(xù)進(jìn)行下一步細(xì)分；1.2、對(duì)細(xì)分后的兩幅子光柵，繼續(xù)采用1.1.1的方法進(jìn)行細(xì)分，將原始光柵細(xì)分為四幅子光柵，每幅子光柵含N/4根光條，細(xì)分后若子光柵達(dá)到分辨要求即停止細(xì)分，否則繼續(xù)進(jìn)行下一步細(xì)分，細(xì)分后若子光柵達(dá)到分辨要求即停止細(xì)分，否則繼續(xù)進(jìn)行下一步細(xì)分；1.3、重復(fù)1.1.1的細(xì)分步驟，直到細(xì)分后的子光柵中的光條可以分辨識(shí)別為止；2、對(duì)細(xì)分后的每幅子光柵中的光條進(jìn)行識(shí)別；采用空間二分編碼法進(jìn)行光條識(shí)別，具體步驟是2.1、確定子光柵中的光條數(shù)；設(shè)原始光柵光條數(shù)為N，細(xì)分?jǐn)?shù)為M，則細(xì)分后子光柵中的光條數(shù)為Nsub＝N/M；2.2、投射編碼光柵圖樣；對(duì)于任意一幅子光柵，每隔Nsub/2，Nsub/4，……，直到每隔1根光條投射一幅編碼光柵圖樣，一共需要投射1+log2(Nsub)幅編碼圖樣；2.3、提取當(dāng)前處理子光柵中的光條中心；采用史德格的方法提取當(dāng)前處理子光柵中的光條中心，并根據(jù)編碼圖樣計(jì)算光條中心的編碼，完成當(dāng)前處理子光柵中的所有光條的編碼；2.4、重復(fù)步驟1.2.2和1.2.3，直到完成所有細(xì)分后子光柵光條的識(shí)別，從而完成原始高密度光柵光條的識(shí)別。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、本發(fā)明方法可實(shí)現(xiàn)任意密度和模式光柵的投射，非常靈活，可實(shí)現(xiàn)物體三維形貌的極其細(xì)致的描述，避免插值帶來的近似誤差。
2、在光柵密度高的情況下，通過細(xì)分的策略，使得光柵光條變得稀疏而容易識(shí)別，可在一定程度上提高三維形貌測量精度。


圖1是高密度原始光柵示意圖。
圖2是本發(fā)明金字塔子光柵投射法示意圖。
圖3是具有128根光條的原始光柵圖樣。
圖4和圖5是圖3經(jīng)過第一次細(xì)分以后的子光柵圖樣，每個(gè)子光柵有64根光條。
圖6是圖3經(jīng)過第二次細(xì)分以后的子光柵圖樣，每個(gè)子光柵有32根光條。
圖7是圖3經(jīng)過第三次細(xì)分以后的子光柵圖樣，每個(gè)子光柵有16根光條。
圖8是圖3經(jīng)過第四次細(xì)分以后的子光柵圖樣，每個(gè)子光柵有8根光條。
圖9是圖3經(jīng)過第五次細(xì)分以后的子光柵圖樣，每個(gè)子光柵有4根光條。
圖10是圖3經(jīng)過第六次細(xì)分以后的子光柵圖樣，每個(gè)子光柵有2根光條。
圖11是圖3經(jīng)過第七次細(xì)分以后的子光柵圖樣，每個(gè)子光柵有1根光條。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明使用目前技術(shù)條件很成熟的數(shù)字投影儀作為光柵圖樣投射器。投影儀連接到計(jì)算機(jī)上，通過計(jì)算機(jī)可以產(chǎn)生任意模式和任意密度的光柵。圖1是一幅投射的光柵圖樣。如圖1所示的光柵圖樣，其中的光條已經(jīng)非常密集，但是還可以分辨識(shí)別。如果光柵密度達(dá)到光條不能分辨的程度，則現(xiàn)有技術(shù)就無法進(jìn)行光條識(shí)別。若有N(N＝2n，n為正整數(shù))根光條，本發(fā)明采用如下的細(xì)分方法來解決這個(gè)問題，稱其為“金字塔子光柵投射法”。
本發(fā)明采用“金字塔子光柵投射法”對(duì)光柵密度達(dá)到光條不能分辨程度的原始光柵進(jìn)行細(xì)分，步驟如下(1)首先每隔一根光條將原來的光柵細(xì)分為兩幅子光柵，每幅子光柵含N/2根光條，每根光條在原來光柵中的位置不變，即兩幅子光柵對(duì)疊組合為原來的光柵圖樣。
(2)如果細(xì)分為兩幅子光柵后，子光柵中的光條依然達(dá)到不能分辨或者很難分辨的密度，則可以對(duì)兩幅子光柵繼續(xù)采用(1)的方法進(jìn)行細(xì)分。這樣，原始的光柵被細(xì)分為四幅子光柵，每幅子光柵含N/4根光條，這樣子光柵中的光條密度進(jìn)一步降低。
(3)重復(fù)步驟(1)，直到細(xì)分后的子光柵中的光條可以分辨識(shí)別。
“金字塔子光柵投射法”實(shí)際上把一幅密集的光柵細(xì)分為M＝2n(n為正整數(shù))幅子光柵進(jìn)行投射。
下面用圖2為例對(duì)“金字塔子光柵投射法”進(jìn)行描述，圖2中原始光柵有16根光條。經(jīng)過第一次細(xì)分成為兩幅子光柵，每幅子光柵有8根光條。經(jīng)過第二次細(xì)分，每幅子光柵有4根光條。這樣，總能把原始光柵細(xì)分成光條能夠識(shí)別的子光柵。
在細(xì)分原始光柵的基礎(chǔ)上，本發(fā)明采用空間二分編碼法[陶國智，邾繼貴，葉聲華，“光柵式結(jié)構(gòu)光傳感器的編碼方法“，航空精密制造技術(shù)，Vol.35，No.3，1999，pp.18-20.]，對(duì)細(xì)分后的每幅子光柵中的光條進(jìn)行識(shí)別。識(shí)別的步驟是①假設(shè)原始光柵光條數(shù)為N，細(xì)分?jǐn)?shù)為M，則細(xì)分后子光柵中的光條數(shù)為Nsub＝N/M②對(duì)于任意一幅子光柵，每隔Nsub/2，Nsub/4，……，直到每隔1根光條投射一幅編碼光柵圖樣，一共需要投射1+log2(Nsub)幅編碼圖樣。
③采用史德格(卡思登.史德格，一種曲線結(jié)構(gòu)的無偏探測器，國際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)學(xué)報(bào).模式分析與機(jī)器智能，1998，20(2)113-125)的方法提取當(dāng)前處理子光柵中的光條中心，并根據(jù)編碼圖樣計(jì)算光條中心的編碼，從而可識(shí)別光條中心屬于哪根光條。
④重復(fù)②、③，直到完成所有細(xì)分后子光柵光條的識(shí)別，從而完成原始高密度光柵光條的識(shí)別。
實(shí)施例如圖3所示原始光柵，采用128根光條，對(duì)一顯示器進(jìn)行測量。顯然，由于光條太密，幾乎連成一片，給光條識(shí)別帶來很大困難。因此我們采用金字塔子光柵投射法投射兩幅子光柵，如圖4，圖5所示。然后對(duì)子光柵1和子光柵2分別用空間二分編碼法進(jìn)行編碼。圖6-11所示為對(duì)子光柵1進(jìn)行空間二分編碼的圖樣，光條間隔分別為32、16、8、4、2、1。
采用史德格(卡思登.史德格，一種曲線結(jié)構(gòu)的無偏探測器，國際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)學(xué)報(bào).模式分析與機(jī)器智能，1998，20(2)113-125)的方法提取子光柵1的光條中心，根據(jù)六幅編碼圖像，用王昭提出的方法確定光條中心點(diǎn)的六位二進(jìn)制碼值(王昭，譚玉山，空間編碼高速三維輪廓測量技術(shù)----原理和方法，激光與紅外，Vol.28，No.4，1998，pp.238-242)。同理，子光柵2光條中心點(diǎn)的六位二進(jìn)制碼值也可以確定。為了區(qū)分子光柵1和子光柵2對(duì)應(yīng)光條的碼值，最終原始光條的編碼值引入第7位二進(jìn)制碼，“0”表示子光柵1，“1”表示子光柵2。從而完成所有光條的編碼。若光柵細(xì)分為M＝2n(n為正整數(shù))幅子光柵，則用n位二進(jìn)制數(shù)來識(shí)別各子光柵。
權(quán)利要求
1.一種光柵投射與識(shí)別方法，使用數(shù)字投影儀作為光柵圖樣投射器，投影儀與一個(gè)計(jì)算機(jī)連接，通過計(jì)算機(jī)控制光柵圖樣投射器產(chǎn)生任意模式和任意密度的光柵，根據(jù)測量需要確定所投射原始光柵的密度，其特征在于，1.1、采用“金字塔子光柵投射法”對(duì)光柵密度達(dá)到光條不能分辨程度的原始光柵進(jìn)行細(xì)分，設(shè)原始光柵有N根光條，N＝2n，n為正整數(shù)，細(xì)分的具體步驟是1.1.1、每隔一根光條將原始光柵細(xì)分為兩幅子光柵，每幅子光柵含N/2根光條，每根光條在原來光柵中的位置不變，細(xì)分后若子光柵達(dá)到分辨要求即停止細(xì)分，否則繼續(xù)進(jìn)行下一步細(xì)分；1.1.2、對(duì)細(xì)分后的兩幅子光柵，繼續(xù)采用1.1.1的方法進(jìn)行細(xì)分，將原始光柵細(xì)分為四幅子光柵，每幅子光柵含N/4根光條，細(xì)分后若子光柵達(dá)到分辨要求即停止細(xì)分，否則繼續(xù)進(jìn)行下一步細(xì)分，細(xì)分后若子光柵達(dá)到分辨要求即停止細(xì)分，否則繼續(xù)進(jìn)行下一步細(xì)分；1.1.3、重復(fù)1.1.1的細(xì)分步驟，直到細(xì)分后的子光柵中的光條可以分辨識(shí)別為止；1.2、對(duì)細(xì)分后的每幅子光柵中的光條進(jìn)行識(shí)別；采用空間二分編碼法進(jìn)行光條識(shí)別，具體步驟是1.2.1、確定子光柵中的光條數(shù)；設(shè)原始光柵光條數(shù)為N，細(xì)分?jǐn)?shù)為M，則細(xì)分后子光柵中的光條數(shù)為Nsub＝N/M；1.2.2、投射編碼光柵圖樣；對(duì)于任意一幅子光柵，每隔Nsub/2，Nsub/4，……，直到每隔1根光條投射一幅編碼光柵圖樣，一共需要投射1+log2(Nsub)幅編碼圖樣；1.2.3、提取當(dāng)前處理子光柵中的光條中心；采用史德格的方法提取當(dāng)前處理子光柵中的光條中心，并根據(jù)編碼圖樣計(jì)算光條中心的編碼，完成當(dāng)前處理子光柵中的所有光條的編碼；1.2.4、重復(fù)步驟1.2.2和1.2.3，直到完成所有細(xì)分后子光柵光條的識(shí)別，從而完成原始高密度光柵光條的識(shí)別。
全文摘要
本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)光三維形貌測量技術(shù)，涉及對(duì)高密度光柵投射與識(shí)別方法的改進(jìn)。本發(fā)明首先采用“金字塔子光柵投射法”對(duì)光柵密度達(dá)到光條不能分辨程度的原始光柵進(jìn)行細(xì)分，然后分別對(duì)細(xì)分后的每幅子光柵中的光條進(jìn)行識(shí)別。本發(fā)明方法可實(shí)現(xiàn)任意密度和模式光柵的投射，非常靈活，可實(shí)現(xiàn)物體三維形貌的極其細(xì)致的描述，避免插值帶來的近似誤差。
文檔編號(hào)G01B11/24GK1928491SQ20051009589
公開日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2005年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月7日
發(fā)明者張廣軍, 魏振忠, 孫軍華 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)