專利名稱：一種De Bruijn彩色結(jié)構(gòu)光編碼圖像的中心彩色條紋的顏色聚類化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種De Bruijn彩色結(jié)構(gòu)光編碼圖像的中心彩色條紋的顏色聚類化方法，屬于計算機(jī)圖像處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光學(xué)三維測量技術(shù)指的是使用光學(xué)的手段測量物體的形貌，從而獲取物體形面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并以此數(shù)據(jù)對物體的形面做出判斷和評估，或?qū)ξ矬w的三維形貌進(jìn)行重建。 而基于結(jié)構(gòu)光的三維重構(gòu)系統(tǒng)是傳統(tǒng)立體視覺系統(tǒng)的一種改進(jìn)與延伸。結(jié)構(gòu)光法是將激光器或投影機(jī)等發(fā)出的光束經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)形成某種形式的光，包括點、單線、多線、單圓、同心多圓、網(wǎng)格、十字交叉、灰度編碼圖案、顏色編碼圖案和隨機(jī)紋理投影等投向景物，在景物上形成圖案并由攝像機(jī)攝取，而后由圖像根據(jù)三角法和和相關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行計算、得到景物表面的深度圖像，進(jìn)一步計算出物面的三維坐標(biāo)值。其中對結(jié)構(gòu)光的編碼方法的研究已經(jīng)有很多，時間編碼是使用最為廣泛第一種編碼方式。時間編碼是將多個不同的編碼圖案按時序先后投射到物體表面得到相應(yīng)的編碼圖像序列，將編碼圖像序列組合起來進(jìn)行解碼，從而解決投射圖案和采集圖像的對應(yīng)問題，是目前分辨率最高、測量誤差最小的編碼方法，但其速度較低，不能快速實時地對物體進(jìn)行重構(gòu)。由于彩色圖像提供了比灰度圖像更為豐富的信息，且基于彩色結(jié)構(gòu)光編碼測量速度快，可以實時地對物體進(jìn)行重構(gòu)。因此，基于彩色編碼的圖案法正受到人們越來越多的關(guān)注。哈爾濱理工大學(xué)李粉蘭等人提出了一種連續(xù)變化顏色編碼方案，顏色編碼圖案的顏色從紅、到綠、到藍(lán)呈線性變化，利用波長與相位位移之間的關(guān)系，建立其光平面的幾何位置與投影角之間的數(shù)學(xué)模型，從而實現(xiàn)用光波的波長(顏色)對其所在光平面的投影角的編碼。由于迪布魯英(De Bruijn)序列，具有預(yù)先的可確定性和可重復(fù)性，所以由迪布魯英偽隨機(jī)序列生成的彩色結(jié)構(gòu)光編碼方法已成為了彩色結(jié)構(gòu)光三維重構(gòu)最廣泛應(yīng)用的方法之一。在以往的研究中，彩色結(jié)構(gòu)光編碼方法多用于空間編碼和直接編碼，而且大多數(shù)都能用于動態(tài)物體的測量，但由于受到CCD攝像機(jī)的顏色保真度及分辨率的影響，很容易受到CCD攝像機(jī)的影響而無法得到理想的效果和精度，不容易找到清晰的、無二義性的對應(yīng)， 對三維物體的測量精度不高，很難用于精確物體的測量。同時，由于運用的顏色一般多于三種，容易出現(xiàn)顏色混淆不易識別的問題，而且通常采樣密度和分辨率都不高。彩色結(jié)構(gòu)光的編碼方法和解碼技術(shù)在結(jié)構(gòu)光的數(shù)據(jù)獲取中起著至關(guān)重要的作用而影響著系統(tǒng)的測量精度、速度和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
為了準(zhǔn)確地對De Bruijn彩色結(jié)構(gòu)光編碼圖像的中心彩色條紋的顏色進(jìn)行分類， 本發(fā)明提出一種De Bruijn彩色結(jié)構(gòu)光編碼圖像的中心彩色條紋的顏色聚類化方法。一種De Bruijn彩色結(jié)構(gòu)光編碼圖像的中心彩色條紋的顏色聚類化方法，其特征在于，該方法所需設(shè)備和實現(xiàn)步驟如下所需設(shè)備如

圖1所示，所需設(shè)備包括投影機(jī)1，投影屏幕2，攝像機(jī)3，計算機(jī)4，待測物體5 ；其中投影機(jī)1和攝像機(jī)3都通過電纜與計算機(jī)4連接。實現(xiàn)步驟步驟1、在計算機(jī)4中，利用具有隨機(jī)特性與確定性的De Bruijn偽隨機(jī)序列，產(chǎn)生一幅7元3級De Bruijn序列彩色結(jié)構(gòu)光編碼圖像，該圖像背景顏色為黑色，其RGB值為 (0，0，0)，每條彩色條紋的寬度為一個像素，任意兩條相鄰彩色條紋顏色都不相同并且間隔 3個像素，7種顏色分別用ai; a2, a3, a4，a5, a6, a7表示，其中顏色ax的RGB值分別用rx，gx， bx 表示，χ = 1,2,. . . ,7 ；顏色 Ei1 的 RGB 值為(0，0，1)，顏色￡12 的 RGB 值為(0，1，0)，顏色￡13 的RGB值為(0，1,1),顏色ει4的RGB值為(1，0，0)，顏色ει5的RGB值為(1，0，1)，顏色ει6的 RGB 值為(1，1，0)，顏色 a7 的 RGB 值為(1，1，1)。步驟2、計算機(jī)4通過投影機(jī)1將步驟1中產(chǎn)生的De Brui jn序列彩色結(jié)構(gòu)光編碼圖像經(jīng)過待測物體5調(diào)制后投影到投影屏幕2上，生成調(diào)制后的投影圖像。步驟3、計算機(jī)4通過攝像機(jī)3拍攝步驟2生成的調(diào)制后的投影圖像，得到彩色結(jié)構(gòu)光編碼圖片。步驟4、計算機(jī)4采用傳統(tǒng)的canny算法提取步驟3得到的彩色結(jié)構(gòu)光編碼圖片中每條彩色條紋的上邊界和下邊界，再計算每條彩色條紋的上邊界和下邊界的中間位置， 得到每條彩色條紋的中心彩色條紋；設(shè)共得到m條中心彩色條紋，每條中心彩色條紋有η個像素點；在m行上依次排列每條中心彩色條紋的η個像素點的RGB值，得到由這些像素點的 RGB值構(gòu)成的mXn階矩陣Z;矩陣Z的第i行第j列元素為Z(i，j) = (R(i，j)，G(i，j)， B(i，j))，其中R(i，j)、G(i，j)、B(i，j)為第i條中心彩色條紋的第j個像素點的RGB值， i = l，2，...，m，j = l，2，...，n;EZ(i，j，k)表示 Z(i，j)的第 k 個元素，k= 1，2，3。步驟5、根據(jù)公式Z(i，j) = Z(i，j)/255，對矩陣Z中的每個元素進(jìn)行歸一化，i = 1，2，. . .，m，j = 1，2，. . .，n ；設(shè)Mtl表示所有中心彩色條紋中屬于第q種顏色的像素點的個數(shù)，設(shè)Mtl = 0，q = 1，2，. . .，7。步驟6、設(shè)點0在RGB顏色空間中的坐標(biāo)為(0，0，0)，用0 (k)表示0的第k個元素， k = 1，2，3 ；構(gòu)造7X3矩陣class，其第k行元素依次為rk, gk，bk，其中k = 1，2，. . .，7 ；并用class (i，j)表示矩陣class的第i行第j列元素，i = 1，2，· · ·，7 ； j = 1，2，3 ；根據(jù)公式class (i, j) = class(i, j) / (class (i, 1)'+class (i, 2) 2+clas (i，3)2)1/2 對矩陣 class的每一行上的元素進(jìn)行單位化。步驟7、設(shè) N, = 0，q = 1，2，. . .，7 ；構(gòu)造矩陣 D，其中 D(i，j，s)表示 Z(i，j)到由點0和矩陣class第s行向量所表示的點相連所構(gòu)成的直線的距離，所述距離的定義如下
權(quán)利要求
1. 一種De Bruijn彩色結(jié)構(gòu)光編碼圖像的中心彩色條紋的顏色聚類化方法，其特征在于，該方法所需設(shè)備和實現(xiàn)步驟如下所需設(shè)備所需設(shè)備包括投影機(jī)(1)，投影屏幕0)，攝像機(jī)(3)，計算機(jī)G)，待測物體 (5)；其中投影機(jī)(1)和攝像機(jī)C3)都通過電纜與計算機(jī)(4)連接；步驟1、在計算機(jī)0)中，利用具有隨機(jī)特性與確定性的De Bruijn偽隨機(jī)序列，產(chǎn)生一幅7元3級De Bruijn序列彩色結(jié)構(gòu)光編碼圖像，該圖像背景顏色為黑色，其RGB值為 (0，0，0)，每條彩色條紋的寬度為一個像素，任意兩條相鄰彩色條紋顏色都不相同并且間隔 3個像素，7種顏色分別用ai; a2, a3, a4，a5, a6, a7表示，其中顏色ax的RGB值分別用rx，gx， bx 表示，χ = 1,2,. . . ,7 ；顏色 Ei1 的 RGB 值為(0，0，1)，顏色￡12 的 RGB 值為(0，1，0)，顏色￡13 的RGB值為(0，1,1),顏色ει4的RGB值為(1，0，0)，顏色ει5的RGB值為(1，0，1)，顏色ει6的 RGB 值為(1，1，0)，顏色￡17的1 8值為(1,1,1)；步驟2、計算機(jī)(4)通過投影機(jī)(1)將步驟1中產(chǎn)生的De Bruijn序列彩色結(jié)構(gòu)光編碼圖像經(jīng)過待測物體( 調(diào)制后投影到投影屏幕( 上，生成調(diào)制后的投影圖像；步驟3、計算機(jī)(4)通過攝像機(jī)C3)拍攝步驟2生成的調(diào)制后的投影圖像，得到彩色結(jié)構(gòu)光編碼圖片；步驟4、計算機(jī)(4)采用傳統(tǒng)的carmy算法提取步驟3得到的彩色結(jié)構(gòu)光編碼圖片中每條彩色條紋的上邊界和下邊界，再計算每條彩色條紋的上邊界和下邊界的中間位置，得到每條彩色條紋的中心彩色條紋；設(shè)共得到m條中心彩色條紋，每條中心彩色條紋有η個像素點；在m行上依次排列每條中心彩色條紋的η個像素點的RGB值，得到由這些像素點的RGB 值構(gòu)成的mXn階矩陣Ζ;矩陣Z的第i行第j列元素為Z(i，j) = (R(i，j)，G(i，j)，B(i， 」))，其中1^，」)、6(士，」)、8(土，j)為第i條中心彩色條紋的第j個像素點的RGB值，i = 1,2, ... ,m, j = l，2，...，n;EZ(i，j，k)表示 Z(i，j)的第 k 個元素，k= 1,2,3 ；步驟5、根據(jù)公式Z(i，j) =Z(i，j)/255，對矩陣Z中的每個元素進(jìn)行歸一化，i = 1， 2，. . .，m，j = 1，2，. . .，n ；設(shè)Mq表示所有中心彩色條紋中屬于第q種顏色的像素點的個數(shù)， 設(shè)Mtl = 0，q = 1，2，. . .，7 ；步驟6、設(shè)點0在RGB顏色空間中的坐標(biāo)為(0，0，0)，用0(k)表示0的第k個元素，k =1，2，3 ；構(gòu)造7X3矩陣class，其第k行元素依次為！^，點，‘其中！^= 1,2,... ,7 ；并用 class (i, j)表示矩陣class的第i行第j列元素，i = 1,2,... ,7 ；j = 1，2，3;根據(jù)公式 class (i,j) = class(i, j)/(class(i, 1) 2+class (i, 2) 2+class (i, 3)2)1/2 對矩陣 class 的每一行上的元素進(jìn)行單位化；步驟7、設(shè)Ntl = 0，q= 1,2,...,7 ；構(gòu)造矩陣D，其中D (i，j, s)表示Z(i，j)到由點0 和矩陣class第s行向量所表示的點所構(gòu)成的直線的距離，所述距離的定義如下其中 i = 1,2, . . . , m ； j = 1,2,…，n;s = 1,2,...,7;步驟 8、對固定 i，j 的 Z(i，j)，設(shè) D(i，j，q)是{(D(i，j，l)，D(i，j，2)，D(i，j，3)，D(i， j，4)，D(i，j，5)，D(i，j，6)，D(i，j，7)}中的最小值且 q 值最小，Nq = Nq+1 ；如果 D(i，j, q)實現(xiàn)步驟D(i, j, s) =； (class(s, k) χ (Z(i, j, h) - 0(k)))f=0，那么D(i，j，q) = 0. 001 ；構(gòu)造矩陣mini,，其中minljh，y)為矩陣mini,的第h行第 y 列元素，y = 1,2,3, minIq(Nq,l) = Z(i, j, 1), minIq(Nq, 2) = Z(i, j, 2), minIq(Nq, 3)=Z(i，j，3)；構(gòu)造向量 minD,，其中 minD^i)表示向量 minD,的第 i 個元素，HiinDtl(Ntl) =D(i， j，q)；對i = 1，2，...，m，j = 1，2，...，n，重復(fù)步驟8中的上述過程；設(shè)共構(gòu)造了 t個向量 minD,;如果對于每一個q = 1，2，. . .，7都有Nq = Mq，那么一種De Brui jn彩色結(jié)構(gòu)光編碼圖像的中心彩色條紋的顏色聚類化方法結(jié)束，否則繼續(xù)執(zhí)行步驟9 ；步驟9、對q = 1，2，. . .，7，若已得到minD,，則根據(jù)下列公式構(gòu)造矩陣Eq，其中Eq (i，j) 為矩陣Etl第i行第j列元素，
全文摘要
本發(fā)明提出一種De Bruijn彩色結(jié)構(gòu)光編碼圖像的中心彩色條紋的顏色聚類化方法，屬于計算機(jī)圖像處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用聚類分析方法，對彩色結(jié)構(gòu)光編碼圖片的每一條中心彩色條紋上的每一個像素點的顏色進(jìn)行聚類化。本發(fā)明適用于每類顏色的像素點成線性分布的彩色結(jié)構(gòu)光編碼圖片，能夠有效地提高確定中心彩色條紋顏色的準(zhǔn)確性。
文檔編號G06T7/40GK102184555SQ20111008091
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月1日
發(fā)明者丁瑩, 姜會林, 李明勛, 楊華民, 范靜濤, 韓成 申請人:長春理工大學(xué)