一種n頻編碼結(jié)構(gòu)光的量程計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 一種n頻編碼結(jié)構(gòu)光的量程計(jì)算方法屬于結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 三維形貌測(cè)量在科學(xué)研宄、醫(yī)學(xué)診斷、工程設(shè)計(jì)、刑事偵查等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng) 用。而結(jié)構(gòu)光作為三維形貌測(cè)量手段的重要組成部分，以其非接觸式、成本低、分辨率高和 速度快的優(yōu)勢(shì)，受到了各國(guó)學(xué)者和工程技術(shù)人員的廣泛關(guān)注，并得到了快速發(fā)展。
[0003] 結(jié)構(gòu)光是一組由投影儀和攝像頭組成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。用投影儀投射特定的光信息到 物體表面后及背景后，再由攝像頭進(jìn)行采集，根據(jù)物體造成的光信號(hào)變化來計(jì)算物體的位 置和深度信息，進(jìn)而復(fù)原整個(gè)物體三維形貌。
[0004] 結(jié)構(gòu)光最簡(jiǎn)單的形式就是向物體表面投射單一頻率光束，然而，單一頻率的投影 光不僅抗干擾能力差，而且量程也只局限于投影光的一個(gè)周期；解決這個(gè)問題，可以采用兩 束或多束不同頻率投影光相組合的方式，例如本課題組在2014年11月18日申請(qǐng)了發(fā)明專 利《一種雙頻模擬編碼光容錯(cuò)相位展開工程方法》。將多束不同頻率投影光相組合，需要對(duì) 其進(jìn)行編解碼。這項(xiàng)工作的主要研宄內(nèi)容是確定量程和展開相位，然而，還沒發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù) 中有適用于計(jì)算多頻編碼結(jié)構(gòu)光量程和相位展開的算法出現(xiàn)。
[0005] 在這種情況下，我們會(huì)有一系列的問題需要解決：
[0006] 第一、是否存在適用于計(jì)算多頻編碼結(jié)構(gòu)光量程的唯一計(jì)算方法？
[0007] 第二、是否任何頻率編碼結(jié)構(gòu)光都會(huì)對(duì)擴(kuò)大量程起作用？
[0008] 第三、這些編碼結(jié)構(gòu)光的投影順序是否會(huì)改變量程？

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為了解釋上述問題，本發(fā)明公開了一種n頻編碼結(jié)構(gòu)光的量程計(jì)算方法，該計(jì)算 方法不僅能夠計(jì)算n頻編碼結(jié)構(gòu)光的量程，而且能夠說明當(dāng)一個(gè)編碼條紋的周期是另一個(gè) 編碼條紋周期整數(shù)倍時(shí)，短周期編碼條紋對(duì)量程的改變沒有貢獻(xiàn)；同時(shí)能夠說明n頻編碼 結(jié)構(gòu)光的投影順序不影響量程；此外，在質(zhì)因數(shù)分解中，如果將質(zhì)因數(shù)從小到大排列等，算 法還具有唯一性。
[0010] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0011] 一種n頻編碼結(jié)構(gòu)光的量程計(jì)算方法，包括以下步驟：
[0012] S1、投射編碼條紋
[0013] 投射n個(gè)編碼條紋，所述編碼條紋的周期分別為^、&2、…、a n，
[0014] 其中，ai、a2、…、a n均為正整數(shù)；
[0015] S2、分解質(zhì)因數(shù)
[0016] 按照下式分別對(duì)叫、&2、…、an?行質(zhì)因數(shù)分解：
[0017] =/?/，nxb2a,:
[0018] a2 = b^' xb2a22 x---xbma2m
[0019] ..............................
[0020] an=bi'"'xb2a"2x? ? ? xbma'""
[0021] 其中，bi、b2、…、k為從ai、a2、…、a n中分解出來的所有不同的質(zhì)因數(shù)；
[0022] S3、計(jì)算量程
[0023] 按照下式計(jì)算量程：
[0025] 其中，t為n頻編碼結(jié)構(gòu)光的量程。
[0026] 上述n頻編碼結(jié)構(gòu)光的量程計(jì)算方法，所述的bpb2、…、bm按照從小到大的順序 排列。
[0027] 一種n頻編碼結(jié)構(gòu)光的量程計(jì)算方法，包括以下步驟：
[0028] S1、投射編碼條紋
[0029] 投射n個(gè)編碼條紋，所述編碼條紋的周期分別為&1、 &2、…、an，
[0030] 其中，ai、a2、…、a n不全為正整數(shù)或全不為正整數(shù)；
[0031] S2、調(diào)整編碼周期
[0032] 對(duì)編碼條紋的周期a:、a2、…、a n?行調(diào)整，具體方法為：
[0033] A:= ka !
[0034] A2 = ka 2
[0035] ............
[0036] An= ka n
[0037] 式中，ApA2、…、AnS調(diào)整后的周期，均為正整數(shù)；k為使ApA2、…、為正整 數(shù)的正數(shù)；
[0038] S3、分解質(zhì)因數(shù)
[0039] 按照下式分別對(duì)心、^、…、An?行質(zhì)因數(shù)分解：
[0040]
[0041] A2=BlAl{ xB,x---xBmA2m
[0042] ....................................
[0043] An =B^'1 xB2Anlx-.-x5m4'"'
[0044] 其中，Bi、B2、…、為從ApA2、…、A n中分解出來的所有不同的質(zhì)因數(shù)；
[0045] S4、計(jì)算量程
[0046] 按照下式計(jì)算量程：
[0048] 其中，T為調(diào)整編碼周期后的n頻編碼結(jié)構(gòu)光的量程；
[0049] S5、調(diào)整量程
[0050] 按照下式計(jì)算量程：
[0051] t = T/k
[0052] 其中，t為n頻編碼結(jié)構(gòu)光的量程。
[0053] 上述n頻編碼結(jié)構(gòu)光的量程計(jì)算方法，所述的&、B2、…、Bm按照從小到大的順序 排列。
[0054] 上述n頻編碼結(jié)構(gòu)光的量程計(jì)算方法，步驟S2中，k為使Ap A2、…、為正整 數(shù)的最小正數(shù)。
[0055] 有益效果：
[0056] 第一、本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环Nn頻編碼結(jié)構(gòu)光的量程計(jì)算方法；
[0057] 第二、本申請(qǐng)能夠說明當(dāng)一個(gè)編碼條紋的周期是另一個(gè)編碼條紋周期整數(shù)倍時(shí)， 短周期編碼條紋對(duì)量程的改變沒有貢獻(xiàn)；
[0058] 第三、本申請(qǐng)能夠說明n頻編碼結(jié)構(gòu)光的投影順序不影響量程。
[0059] 第四、本申請(qǐng)質(zhì)因數(shù)分解，質(zhì)因數(shù)從小到大排列，以及k為使VA2、…、A n均為正 整數(shù)的最小正數(shù)，均會(huì)使得整個(gè)推導(dǎo)過程具有唯一性。
【具體實(shí)施方式】
[0060] 具體實(shí)施例一
[0061] 本實(shí)施例的n頻編碼結(jié)構(gòu)光的量程計(jì)算方法，以4頻為例，包括以下步驟：
[0062] S1、投射編碼條紋
[0063] 投射4個(gè)編碼條紋，所述編碼條紋的周期分別為4、5、6、7,本實(shí)施例中所有編碼條 紋的周期均為正數(shù)；
[0064] S2、分解質(zhì)因數(shù)
[0065]由于4能分解成2X2, 5不能質(zhì)因數(shù)分解，6能分解成2X3, 7不能質(zhì)因數(shù)分解，所 有質(zhì)因數(shù)按照從小到大順序排列后的結(jié)果為2、3、5、7,此時(shí)，對(duì)4、5、6、7進(jìn)行質(zhì)因數(shù)分解， 具體為：
[0066] 4 = 2 2X3°X50X7°
[0067] 5 = 2^3^5^7°
[0068] 6 = 2^3^5^7°
[0069] 7 = 2°X3 0X5°X71
[0070] S3、計(jì)算量程
[0071] 按照下式計(jì)算量程t:
[0072j t2max0, 1,0)2max0, 1,0) ^niax (0, 1, 0, 0) ymax (0, 0, 0, l) 2岔X3工X5工X了工420
[0073] 具體實(shí)施例二
[0074] 本實(shí)施例的n頻編碼結(jié)構(gòu)光的量程計(jì)算方法，仍然以4頻為例，包括以下步驟：
[0075] S1、投射編碼條紋
[0076]投射4個(gè)編碼條紋，所述編碼條紋的周期分別為3. 5、4、5、6,本實(shí)施例中所有編碼 條紋的周期不全為正整數(shù)；
[0077] S2、調(diào)整編碼周期
[0078] 對(duì)編碼條紋的周期3. 5、4、5、6進(jìn)行調(diào)整，具體方法為：
[0079] Ax= 3. 5k
[0080] A2= 4k
[0081] A3= 5k
[0082] A4= 6k
[0083] 式中，八^^八^八力調(diào)整后的周期力為正整數(shù)士為使六^八^…^均為正整數(shù) 的最小正數(shù)，可以知道k = 2,并且有：
[0084] A:= 7
[0085] A2= 8
[0086] A3= 10
[0087] A4= 12
[0088] S3、分解質(zhì)因數(shù)
[0089] 由于7不能質(zhì)因數(shù)分解，8能分解成2X2X2,10能分解成2X5,12能分解成 2 X 2 X 3，所有質(zhì)因數(shù)按照從小到大順序排列后的結(jié)果為2、3、5、7，此時(shí)，對(duì)7、8、10、12進(jìn)行 質(zhì)因數(shù)分解：
[0090] 7 = 2°X30X5°X71
[0091] 8 = 23X3°X50X7°
[0092] 10 = 2^3^5^7°
[0093] 12 = 2^3^5^7°
[0094] S4、計(jì)算量程
[0095] 按照下式計(jì)算量程：
[0096] T = gmax(〇,3,1，2) ^gmax(〇,〇,〇, 1) ^5max(〇,〇, 1，〇) \7max(i，〇,〇,〇) == 2 ^X3^X5^X7^= §40
[0097] S5、調(diào)整量程
[0098] 按照下式計(jì)算量程：
[0099] t = T/k = 840/2 = 420 〇
[0100] 具體實(shí)施例三
[0101] 本實(shí)施例的n頻編碼結(jié)構(gòu)光的量程計(jì)算方法，仍然以4頻為例，包括以下步驟：
[0102] S1、投射編碼條紋
[0103] 投射4個(gè)編碼條紋，所述編碼條紋的周期分別為3. 5、4. 2、5. 4、6. 3,本實(shí)施例中所 有編碼條紋的周期全不為正整數(shù)；
[0104] S2、調(diào)整編碼周期
[0105] 對(duì)編碼條紋的周期3. 5、4. 2、5. 4、6. 3進(jìn)行調(diào)整，具體方法為：
[0106] A:= 3. 5k
[0107] A2= 4. 2k
[0108] A3= 5. 4k
[0109] A4= 6. 3k
[0110] 式中，八^^八^八力調(diào)整后的周期力為正整數(shù)士為使六^八^…^均為正整數(shù) 的最小正數(shù)，可以知道k= 10,并且有：
[0111] A:= 35
[0112] A2= 42
[0113] A3= 54
[0114] A4= 63
[0115] S3、分解質(zhì)因數(shù)
[0116] 由于35能分解成5X7,42能分解成2X3X7, 54能分解成2X3X3X3,63能分解 成3 X 3 X 7，所有質(zhì)因數(shù)按照從小到大順序排列后的結(jié)果為2、3、5、7，此時(shí)，對(duì)35、42、54、63 進(jìn)行質(zhì)因數(shù)分解：
[0117] 35 = 2°X3°X51X71
[0118] 42 = 21X31X5°X71
[0119] 54 = 2^3^5^7°
[0120] 63 = 2°X32X5°X71
[0121] S4、計(jì)算量程
[0122] 按照下式計(jì)算量程：
[0123] T=gmax(〇, 1，1，〇)y^max(〇, 1，3