專利名稱：一種針對顏色編碼結(jié)構(gòu)光掃描系統(tǒng)的自適應(yīng)反射率校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)光三維掃描技術(shù)，尤其涉及針對顏色編碼結(jié)構(gòu)光掃描系統(tǒng)的自適應(yīng)反射率校正方法。
背景技術(shù)：
3D技術(shù)是國際性生研究熱點，具有廣闊的應(yīng)用前景，如3D電視與3D電影、3D醫(yī)學(xué)成像、3D游戲以及3D地圖等等。3D技術(shù)主要包括3D信息采集技術(shù)、3D影像的制作技術(shù)、3D、信息的理解與以別技術(shù)以及3D影像的顯示技術(shù)等等。其中3D信息采集技術(shù)是整個3D技術(shù)的基礎(chǔ)，決定著其它3D技術(shù)的發(fā)展。從采集的方式來分類，3D信息采集技術(shù)又可分為被動式和和主動式兩大類。被動式技術(shù)的特點是在獲取物體形狀時不對場景引入新能量。被動式技術(shù)的代表是立體視覺技術(shù)但由于立體視覺技術(shù)需要從多個視角的圖像來重建3D物體，而多幅圖像的特征點匹配比較困難。當(dāng)物體沒有紋理或角點時很難重建3D物體，同時立體視覺技術(shù)還有計算量大這一顯著缺點。另一種3D信息采集技術(shù)是主動式技術(shù)。其中最具代表性的是激光雷達以及結(jié)構(gòu)光掃描技術(shù)。激光雷達利用計算激光的飛行時間(Time Of Flight)等方式來獲取深度圖像，而結(jié)構(gòu)光掃描通過投影設(shè)備、物體以及攝像頭的三角關(guān)系計算出物體的深度。結(jié)構(gòu)光掃描技術(shù)主要分為兩大類。第一類是時間編碼技術(shù)，通過投射一系列的結(jié)構(gòu)光，從而獲得高精度的三維點云數(shù)據(jù)，但這類方法只能掃描靜態(tài)場最。另一類是空間編碼技術(shù)，這類技術(shù)的優(yōu)點是能夠通過一次結(jié)構(gòu)光投射獲取三維點云數(shù)據(jù)，但一些因素，如物體表面反射率、環(huán)境光等，對結(jié)構(gòu)光編碼的解碼有很大的干擾。為了解決這一問題，文獻〈〈B. C. L. Zhang and S. Seitz, Rapid shape acqmsition using color Structuredlight and multi-pass dynamic programming, ^Proc.of 3DPVT 2002,24—36(2002) 》中提出了動態(tài)規(guī)劃及基于邊緣編碼的結(jié)構(gòu)光方法來解決這一問題，但基于邊緣編碼的結(jié)構(gòu)光邊緣定位不準(zhǔn)確，影響了三維點云的精度。文獻《C. C. J. Pages, J. Salvi and J. Forest,“Optimised de bruijn patterns for one-shot shape acquisition,，，Image VisionComput 23(8),707-720(2005).))中采用了基于亮度峰值的編碼方法，保證了三維點云的精度，但對于反射率的校正采用了靜態(tài)的方法，限制了這種方法的應(yīng)用范圍。針對上述部題，本發(fā)明提出了一種針對基于亮度峰值編碼方法的顏色編碼結(jié)構(gòu)光掃描系統(tǒng)的自適應(yīng)反射率校正方法。這種方法通過估計兩個顏色通道的相對反射率來對圖像顏色進行自動校正，從而達到減少物體反射率及環(huán)境光干擾的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是針對顏色編碼結(jié)構(gòu)光掃描系統(tǒng)易受物體表面反射率和環(huán)境光等因素的影響，本發(fā)明提出了一種利用相對反射率進行自適應(yīng)顏色校正的方法，這種方法通過估計兩個顏色通道的相對反射率來對圖像顏色進行自適應(yīng)校正，從而達到減少物體反射率及環(huán)境光干擾的目的。解決該問題的技術(shù)方案要點是將獲取的圖像進行投影儀與攝像頭顏色(Crosstalk)校正，然后進行通道分離，將通道間的經(jīng)過投影儀與攝像頭顏色(Crosstalk)校正的圖像進行顏色校正。本發(fā)明的主要用途是在顏色編碼結(jié)構(gòu)光掃描系統(tǒng)中進行自適應(yīng)反射率校正顏色，從而提高顏色解碼正確率，使顏色編碼結(jié)構(gòu)光掃描系統(tǒng)能適用于各種顏色物體的掃描以及在非暗室環(huán)境下掃描。在顏色編碼結(jié)構(gòu)光掃描系統(tǒng)中，如圖I所示，102投影儀投射103結(jié)構(gòu)光，結(jié)構(gòu)光由紅、綠、藍三種顏色構(gòu)成，并進行編碼，如一條光條的顏色只有紅色組成，就可以編碼為1，如果紅色和綠色組成，就可以編碼為2。由三種顏色組成的結(jié)構(gòu)光可以構(gòu)成7個有效編碼(去除黑色)，從中選擇幾個編碼，然后生成Bruijin序列，每個編碼間用黑色間隔，就形成了投射的103結(jié)構(gòu)光。當(dāng)光線投射到104物體表面上，經(jīng)過物體表面反射，由101攝像頭捕捉得到彩色圖片。彩色圖片每個像索的RGB值由文獻《N. K. D. Caspi and J. Shamir, " Rangeimaging with adaptive color structured light, " IEEE Trans Pattern Anal Mach
Intell20 (5), 470-480 (1998)))中的模型，即公式(I)得到，其中矩陣C是101攝像頭捕捉得到彩色圖片每個像索的顏色矩陣，矩陣A是102投影儀與101攝像頭的Crosstalk，矩陣K是物體表面反射率矩陣，P是投影儀投射的顏色矩陣，0是環(huán)境光的顏色矩陣。其中Kk，a Ke, P Ke分別是R，G，B三個迎巡的反色率a，P分別是R與G通道的相反射率，R與B通道的相對反射率。通過采用本發(fā)明的方法自適應(yīng)的估計出相對反射率6，0，如公式(2)所示，就可以得到顏色估計值('，如公式(3)所示。通過公式(4)的顏色解碼，就可以消除物體反射率及其部分環(huán)境光的干擾。
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四

圖I是顏色編碼結(jié)構(gòu)光掃描系統(tǒng)架構(gòu)2是自氣適應(yīng)反射率校正流程圖
五、具體實施方法下面說明本發(fā)明的其體實施過程，如圖2所示步驟200Crosstalk參數(shù)獲取首先在暗室環(huán)境下通過102投影儀投射三幅純色圖片到白紙上，從101攝像頭捕捉得到彩色圖片，由公式(I)得到矩陣A，即Crosstalk參數(shù)。步驟201獲取圖片當(dāng)102投影儀投射103結(jié)構(gòu)光后，由101攝像頭捕捉得到彩色圖片。步驟202RGB三個通道分離將101攝像頭捕捉得到彩色圖片分離為RG3三個通道圖片。步驟203RGB三個通道直方圖匹配通過R，G，B三個通道圖片的直方圖匹配來估計相對反射率d j。其中公式(6)代表了 G通道直方圖到R通道直方圖的匹配，F(xiàn)如公式(5)所示為G通道直方圖到R通道直方圖匹配的轉(zhuǎn)移量，根據(jù)公式(7)到公式(10)的約束條件，最小化H(G)，就得到了 F。F = {fij}(5)H1g = T{Ho, Hr' F) = YjYjIj-化％(6)
S = I j=lf^- ^ 0,1 < x < n, I < j < n (7)工fij < w,凡;、I < ^- < n(S)
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n^ fij < 、I < ! <n(9)
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i=[ j=lS=IJ=I步驟204計算相對反射率本發(fā)明定義了每個灰度級的相對反射率d的估汁方法，如公式(11)所示。由步驟203得到的G通道直方圖到R通道直方圖得匹配的轉(zhuǎn)移量F，代入公式(11)，就可以估計出每個灰度級的相對反射率6。同理B通道與R通道每個灰度級的相對反射率^也可以估計出。
a(/)=…,,-.-.77,1 ^ . . ^ n.. I ^ . ^ 丫—i<11>
Ij —Y \ ' %jJ I步驟205得到校正后顏色在步驟200 Crosstalk參數(shù)獲取及步驟204計算相對反射率后，得到每個灰度級的相對反射率#以及Crosstalk參數(shù)A，根據(jù)公式(2)得到矩陣無，帶入公式(3)就得到自適應(yīng)反射率校正后
權(quán)利要求
1.一種針對顏色編碼結(jié)構(gòu)光掃描系統(tǒng)的自適應(yīng)反射率校正方法，其特征包含以下幾個步驟 A.Crosstalk參數(shù)獲取首先在暗室環(huán)境下通過投影儀投射三幅純色圖片到白紙上，從攝像頭捕捉得到彩色圖片，從而得到Crosstalk參數(shù)。
B.獲取圖片當(dāng)投影儀投射結(jié)構(gòu)光后，由攝像頭捕捉得到彩色圖片。
C.RGB三個通道分離將攝像頭捕捉得到彩色圖片分離為RGB三個通道圖片。
D.RGB三個通道直方圖匹配通過R，G，B三個通道圖片進行兩通道間的直方圖匹配，通過G通道直方圖到R通道直方圖的匹配，得到G通道直方圖到R通道直方圖匹配的轉(zhuǎn)移量。通過B通道直方圖到R通道直方圖的匹配，得到G通道直方圖到R通道直方圖匹配的轉(zhuǎn)移量。
E.計算相對反射率通過定義每個灰度級的相對反射率的估計方法，估計出每個灰度級的R與G通道的相對反射率以及每個灰度級的R與B通道的相對反射率。
F.得到校正后顏色得到每個灰度級的R與G通道的相對反射率、每個灰度級的R與B通道的相對反射率以及Crosstalk參數(shù)后，經(jīng)過計算得到自適應(yīng)反射率校正后的顏色。通過顏色解碼，就可以消除物體反射率及其部分環(huán)境光的干擾。
全文摘要
本發(fā)明是一種針對顏色編碼結(jié)構(gòu)光掃描系統(tǒng)的自適應(yīng)反射率校正方法。所屬技術(shù)領(lǐng)域為結(jié)構(gòu)光三維掃描技術(shù)。本發(fā)明解決的技術(shù)問題是針對顏色編碼結(jié)構(gòu)光掃描系統(tǒng)易受物體表面反射率和環(huán)境光等因素的影響，本發(fā)明提出了一種利用相對反射率進行自適應(yīng)顏色校正的方法，這種方法通過估計兩個顏色通道的相對反射率來對圖像顏色進行自適應(yīng)校正，從而達到減少物體反射率及環(huán)境光干擾的目的。解決該問題的技術(shù)方案要點是將獲取的圖像進行投影儀與攝像頭顏色(Crosstalk)校正，然后進行通道分離，將通道間的直方圖進行匹配，并通過定義的相對反射率函數(shù)計算出每個灰度級的相對反射率，利用相對反射率函數(shù)對經(jīng)過投影儀與攝像頭顏色(Crosstalk)校正的圖像進行顏色校正。本發(fā)明的主要用途是在顏色編碼結(jié)構(gòu)光掃描系統(tǒng)中進行自適應(yīng)反射率校正顏色，從而提高顏色解碼正確率，使顏色編碼結(jié)構(gòu)光掃描系統(tǒng)能適用于各種顏色物體的掃描以及在非暗室環(huán)境下掃描。
文檔編號G06T9/00GK102737389SQ20111009211
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月13日
發(fā)明者于耀, 周余, 孔令紅, 李楊, 王自強, 袁杰, 趙東威, 趙康鏈, 都思丹 申請人:南京大學(xué)