基于结构光的复杂场景深度获取

作     者：张宝誉 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：石光明

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：深度获取 结构光 相位展开 

摘      要：随着科学技术的快速发展,三维重建已经广泛应用于医学领域、逆向工程、自动导航、人机交互等众多领域。深度获取作为三维重建的关键,已成为计算机视觉领域重要的研究方向之一。对比深度获取的各种方法,结构光法原理简单,易于实现,测量精度高,抗干扰能力强,是目前研究的热点。其中,单帧结构光方法广泛应用于动态场景的高精度高分辨率的深度获取。本文首先提出一个双色序列编码结构光深度获取方法。为了解决相位编码方法中相位展开的问题,将彩色编码序列信息嵌入到相位信息中。我们采用彩色结构光模板,并使相位信息分布在图像的各个通道中。在RGB三个通道中,R通道和G通道用于二元三次De Bruijn序列的0-1编码,用于相位展开,B通道用于相位编码。基于这种编码策略,我们用各通道叠加后的强度信息提取相位,可以得到精确的相位分布。同时,截断相位跳变辅助序列解码,从而得到精确的周期值。为了评估所提方法的性能,搭建了专用的光学实验平台。定量分析和定性分析证明,所提方法获取的深度信息比Kinect有更高的精度、比ToF相机有更高的分辨率。同时,本文还提出一个二值序列编码结构光模板用于获取稠密高精度的深度信息。采用黑白二值随机分布的编码模板,结合相位编码确保深度数据精确稠密。但与传统相位编码不同的是,本章方法使像素点的密度呈余弦变化,从而只使用黑白两种码值即可完成相位编码,从根本上解决了由环境光和物体本身引起的彩色和灰度畸变所产生的错误深度。解码过程中,充分利用截断相位的跳变辅助求取De Bruijn序列码值,同时软件仿真来证明该方法的性能。实验结果显示,对于复杂场景本章方法可以获取精确稠密的深度信息。