符號(hào)結(jié)構(gòu)光圖像解碼及重建曲面濾波方法的研究.pdf

1、計(jì)算機(jī)視覺(jué)是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)，并已在移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航、目標(biāo)識(shí)別、工業(yè)自動(dòng)化及物體跟蹤等領(lǐng)域得到越來(lái)越多的應(yīng)用。結(jié)構(gòu)光視覺(jué)技術(shù)是雙目計(jì)算機(jī)視覺(jué)的一個(gè)分支，該技術(shù)采用一臺(tái)投射器代替雙目立體視覺(jué)的一臺(tái)攝像機(jī)，由于其投射的結(jié)構(gòu)光具有編碼唯一性的特點(diǎn)，從而解決了雙目視覺(jué)中像素匹配的難題，因而是一種簡(jiǎn)捷、高效的三維視覺(jué)檢測(cè)方法。 本項(xiàng)目組提出了基于符號(hào)M陣列結(jié)構(gòu)光的三維檢測(cè)方法，以實(shí)現(xiàn)二值光源投射下動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的檢測(cè)與三維重建。作為結(jié)構(gòu)光技術(shù)的核

2、心，結(jié)構(gòu)光模式的編碼與圖像的解碼直接影響到檢測(cè)的成功率、分辨率、精度和魯棒性。同時(shí)，圖像的解碼受到目標(biāo)表面反射率、目標(biāo)表面梯度、硬件噪聲等因素的影響。特別是針對(duì)本課題組提出的二值面結(jié)構(gòu)光，其采用的M陣列編碼模式尺寸大、元素多、關(guān)鍵點(diǎn)密集、信息量大，對(duì)圖像進(jìn)行快速解碼，有效還原符號(hào)碼字，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵點(diǎn)準(zhǔn)確定位是成功檢測(cè)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。 本文針對(duì)項(xiàng)目組所設(shè)計(jì)的新的編碼符號(hào)和編碼模式，提出了一種新的符號(hào)M陣列結(jié)構(gòu)光圖像的解碼方法，該方法在

3、有效提取全局交叉點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了符號(hào)的識(shí)別、窗口匹配、碼字還原、關(guān)鍵點(diǎn)定位，并對(duì)重建的目標(biāo)表面進(jìn)行了濾波方法的研究。本文主要包括以下幾個(gè)方面內(nèi)容： (1)圖像預(yù)處理研究。分析了傳統(tǒng)圖像濾波方法和閾值分割方法；研究了二值圖像細(xì)化算法，并對(duì)傳統(tǒng)細(xì)化算法增加了對(duì)邊界點(diǎn)的選擇，大大縮小了搜索范圍，改進(jìn)后的細(xì)化算法與原算法相比縮短了運(yùn)行時(shí)間，提高了執(zhí)行效率。 (2)符號(hào)解碼方法的研究。研究了細(xì)化骨架有序遍歷方法，實(shí)現(xiàn)了交叉點(diǎn)的

4、提取，并形成全局的交叉點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。針對(duì)細(xì)化的十字交叉變形，研究了交叉點(diǎn)合并方法，提出了基于識(shí)圈法的內(nèi)部交叉點(diǎn)定位方法，以及基于向量角度的符號(hào)分類方法，有效地實(shí)現(xiàn)了符號(hào)碼字的還原。 (3)窗體匹配方法的研究。研究了結(jié)構(gòu)光圖像中窗體的生成方法，并根據(jù)偽隨機(jī)M陣列窗口唯一性的特點(diǎn)，提出了基于投票機(jī)制的窗體匹配方法，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)光圖像中符號(hào)與投射模式中符號(hào)的精確匹配，從而解決了投射側(cè)與接收側(cè)關(guān)鍵點(diǎn)的配準(zhǔn)與定位。 (4)多分辨解碼方法的

5、研究。針對(duì)目標(biāo)表面反射率不一致的結(jié)構(gòu)光圖像，任何一個(gè)全局閾值都無(wú)法對(duì)不同強(qiáng)度區(qū)域進(jìn)行有效分割的情況。本文研究了水波擴(kuò)展法對(duì)未識(shí)別小區(qū)域進(jìn)行再識(shí)別的方法，提出了一種基于先驗(yàn)知識(shí)和直方圖統(tǒng)計(jì)的多分辨識(shí)別方法，該方法針對(duì)結(jié)構(gòu)光投射模式中信號(hào)點(diǎn)的分布密度，采用多閾值對(duì)結(jié)構(gòu)光圖像進(jìn)行分辨識(shí)別，并通過(guò)橋接點(diǎn)的模糊聚類對(duì)多分辨識(shí)別結(jié)果進(jìn)行覆貼，大大提高了符號(hào)的識(shí)別率。 (5)基于曲面擬合的濾波方法研究。針對(duì)三維重建曲面中存在的噪音，研究了基于