一种三维实时摄像中的结构光方法.pdf

本发明公开了一种三维实时摄像中的结构光方法，属于三维图像信息采集领域。该方法先确定初始模式(IP)和细节模式(DP)结构光的彩色条纹周期，形成相应的IP和DP模式结构光图案，确定投影频率后根据采集对象表面变化和移动速度设定双模式(IP和DP)结构光投影切换周期N+1并确定投影序列，然后根据投影切换周期对每次结构光投影采集一次投影目标的图像，每次IP模式采集的数据用来作为计算后续DP模式对应帧的三维图像参考信息，每次DP模式采集的数据用来计算输出一帧的三维图像，采集期间根据需要可重新设定切换周期。本发明方法采集效果良好，不受采集目标表面形状影响，并能较好的适应目标的快速移动和变化。

1、  一种三维实时摄像中的结构光方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)在摄像装置中确定IP和DP模式结构光的彩色条纹周期，并形成相应的IP模式和DP模式结构光图案，其中：IP模式结构光即初始模式结构光，DP模式结构光即细节模式结构光，下同；
(2)确定投影频率；
(3)根据采集对象表面变化速度和移动速度设定IP和DP模式结构光投影切换周期N+1，进而确定IP和DP模式结构光投影序列，其中：N为自然数；
(4)根据步骤(3)中设定的投影切换周期N+1对每次结构光投影采集一次被结构光投影目标的图像；
(5)每次IP模式结构光投影时所采集的图像数据用来作为计算后续DP模式结构光对应帧的三维图像的参考信息，而不单独输出三维图像；
(6)每次DP模式结构光投影时所采集的图像数据用来计算输出一帧的三维图像；
(7)若没完成采集任务，则循环至步骤(3)维持原来IP和DP模式结构光投影切换周期N+1或根据采集对象表面变化速度和移动速度重新设定IP和DP模式结构光投影切换周期N+1进行图像采集，直至结束。

2、  根据权利要求1所述的三维实时摄像中的结构光方法，其特征在于：所述IP模式结构光呈现彩色粗条纹图案，所述DP模式结构光呈现彩色细条纹图案。

3、  根据权利要求1所述的三维实时摄像中的结构光方法，其特征在于：所述IP和DP模式结构光投影切换周期N+1的切换投影方式为：每投影N次DP模式结构光后切换投影一次IP模式结构光。

4、  根据权利要求2所述的三维实时摄像中的结构光方法，其特征在于：所述IP模式结构光呈现的彩色粗条纹图案，其红色、绿色、蓝色三种条纹分量的波形及频率一致，且相互间相差三分之一的相位，投影时有效采集区域内含a个彩色条纹周期，其中：a∈[1，3]。

5、  根据权利要求2所述的三维实时摄像中的结构光方法，其特征在于：所述DP模式结构光呈现的彩色细条纹图案，其红色、绿色、蓝色三种条纹分量的波形及频率一致，且相互间相差三分之一的相位，投影时有效采集区域内含b个彩色条纹周期，其中：b∈[3，30]。

一种三维实时摄像中的结构光方法
技术领域
本发明涉及一种三维实时摄像中的基于双模式切换的结构光方法，属于三维图像信息采集领域。
背景技术
现有的三维实时摄像的结构光方法按照每帧三维图像所需投影的结构光图案数目一般可以归为两类：单次投影采集方法和多次投影采集方法。单次投影采集方法，即一帧三维图像只需要一次结构光投影和图像采集，不需要比三维图像输出频率更高的投影频率和图像采集频率，可以降低系统的实现复杂度和成本，并且可以通过提高像机快门速度实现对形状快速变化或快速移动目标的三维瞬间成像，消除成像时的运动模糊现象，但是其采集精度受到限制，并且采集目标表面形状对采集效果的影响较大，尤其是当物体表面形状出现突变的时候，采集到的三维图像会出现明显的错误区域；多次投影采集方法，即一帧三维图像由采集多次结构光投影的信息综合而成的，对于变化速度较缓慢的采集目标来说这种方法得到的信息全面，图像质量较高，并且目标表面突变时也能达到很好三维采集效果，但是由于需要综合多次采集的信息，当采集目标变化速度较快时则无法得到清晰的图像，并且这一问题不能通过提高像机快门速度来解决，同时，这种方法需要比三维图像输出频率高出一倍或多倍的的投影频率和采集频率，增加了系统实现的复杂度和成本。
发明内容
本发明为解决现有三维实时摄像系统中结构光技术存在的采集效果、适应范围和实现复杂度的问题而提出一种三维实时摄像中的结构光方法。
本发明的三维实时摄像中的结构光方法，包括如下步骤：
(1)在摄像装置中确定IP和DP模式结构光的彩色条纹周期，并形成相应的IP模式和DP模式结构光图案，其中：IP模式结构光即初始模式结构光，DP模式结构光即细节模式结构光，下同；
(2)确定投影频率；
(3)根据采集对象表面变化速度和移动速度设定IP和DP模式结构光投影切换周期N+1，进而确定IP和DP模式结构光投影序列，其中：N为自然数；
(4)根据步骤(3)中设定的投影切换周期N+1对每次结构光投影采集一次被结构光投影目标的图像；
(5)每次IP模式结构光投影时所采集的图像数据用来作为计算后续DP模式结构光对应帧的三维图像的参考信息，而不单独输出三维图像；
(6)每次DP模式结构光投影时所采集的图像数据用来计算输出一帧的三维图像；
(7)若没完成采集任务，则循环至步骤(3)维持原来IP和DP模式结构光投影切换周期N+1或根据采集对象表面变化速度和移动速度重新设定IP和DP模式结构光投影切换周期N+1进行图像采集，直至结束。
本发明三维实时摄像中的结构光方法仅需要略高于原始三维图像输出频率的结构光投影频率和图像采集频率，不需要类似多次投影采集方法那样成倍于三维图像输出频率的结构光投影频率和图像采集频率；该方法可以通过提高像机快门速度实现对形状快速变化或快速移动目标的三维瞬间成像，消除成像时的运动模糊现象；该方法的三维图像可获得良好的采集效果，而不受采集目标表面形状的影响，即使是当物体表面形状出现突变的时候，采集到的三维图像也能具有良好的质量。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
图2是本发明中IP和DP两种模式结构光的红色、绿色、蓝色三种条纹分量值变化波形图，图中：R为红色波形，G为绿色波形，B为蓝色波形；IP-初始模式结构光；DP-细节模式结构光。
具体实施方式
如图1所示，本发明的三维实时摄像中的结构光方法，包括如下步骤：
(1)在摄像装置中确定IP和DP模式结构光的彩色条纹周期，并形成相应的IP模式和DP模式结构光图案，其中：IP模式结构光即初始模式结构光，DP模式结构光即细节模式结构光，下同；
(2)确定投影频率；
(3)根据采集对象表面变化速度和移动速度设定IP和DP模式结构光投影切换周期N+1，变化或移动速度越快则N+1取值可相应越大，反之则越小，进而确定IP和DP模式结构光投影序列，其中：N为自然数；
例如：如果投影频率是25帧/秒，那么当N+1＝5时，则每0.2秒切换投影一次IP模式结构光；
(4)根据步骤(3)中设定的投影切换周期N+1对每次结构光投影采集一次被结构光投影目标的图像，其中切换投影的方式为：每投影N次DP模式结构光后切换投影一次IP模式结构光；
以切换周期N+1＝5为例，按如下序列投影结构光图案：
IP-DP-DP-DP-DP-IP-DP-DP-DP-DP-IP…；
(5)每次IP模式结构光投影时所采集的图像数据用来作为计算后续DP模式结构光对应帧的三维图像的参考信息，而不单独输出三维图像；
(6)每次DP模式结构光投影时所采集的图像数据用来计算输出一帧的三维图像；
(7)若没完成采集任务，则循环至步骤(3)维持原来IP和DP模式结构光投影切换周期N+1或根据采集对象表面变化速度和移动速度重新设定IP和DP模式结构光投影切换周期N+1进行图像采集，直至结束。
该方法中IP模式结构光呈现彩色粗条纹图案，其红色、绿色、蓝色三种条纹分量的波形及其频率一致，且相互间相差三分之一相位，投影时有效采集区域内含a个彩色条纹周期，其中：a∈[1，3]，a不需要保证取整；DP模式结构光呈现彩色细条纹图案，其红色、绿色、蓝色三种条纹分量的波形及其频率一致，且相互间相差三分之一相位，投影时有效采集区域内含b个彩色条纹周期，其中：b∈[3，30]，b也不需要保证取整。
如图2所示是本发明中IP和DP两种模式结构光的红色、绿色、蓝色三种条纹分量值变化波形图，IP模式的条纹周期较大，约为DP模式的4-5倍，两种模式的R、G、B波形相位均依次相隔三分之一个周期。