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基于混合编码结构光的相移轮廓测量法

激光与光电子学进展 2022年第13期59卷 249-258页

作者：曾欣怡伍世虔陈彬武汉科技大学信息科学与工程学院机器人与智能系统研究院湖北武汉430081

为了快速、准确地获取空间不连续物体的三维信息,提出了一种既包含相位级次又包含相对相位的混合编码方法。在传统相移轮廓术的基础上,根据de bruijn序列将相位的级次信息调制到相移图片中,序列的长度为相位的周期数,其中每一个码元对... 详细信息

为了快速、准确地获取空间不连续物体的三维信息,提出了一种既包含相位级次又包含相对相位的混合编码方法。在传统相移轮廓术的基础上,根据de bruijn序列将相位的级次信息调制到相移图片中,序列的长度为相位的周期数,其中每一个码元对应一个周期的相位。计算得到相对相位后,将每个周期所对应的码元组成的序列与原序列进行匹配,码元在原序列中的位置则为该周期相位的级次。该方法不需要投影额外的图片来编码相位的周期级次,仅根据投影的相移图片,就可获取相位展开所需要的相位级次以及原始相对相位。实验结果表明,本文方法在只投影拍摄4张图片的情况下,可以还原多种形状的待测物体的三维形貌,重建平板的标准差为0.319 mm。

关键词：测量结构光相移轮廓术混合编码 de bruijn序列

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k=2^(m)-1阶分圆数的计算

广州大学学报（自然科学版） 2022年第3期21卷 29-36,54页

作者：董军武张晓磊余玉银广州大学数学与信息科学学院广东广州510006

令n=2m是偶数,k=2^(m)-1,文章给出了有限域F_(2n)上所有k阶分圆数的计算公式,研究了这些分圆数的值分布规律。这些结果可用于构造一类de bruijn序列,构造方式是对通过合并不可约线性移位寄存器的状态圈得到的,这类de Brjijn序列,合并的... 详细信息

令n=2m是偶数,k=2^(m)-1,文章给出了有限域F_(2n)上所有k阶分圆数的计算公式,研究了这些分圆数的值分布规律。这些结果可用于构造一类de bruijn序列,构造方式是对通过合并不可约线性移位寄存器的状态圈得到的,这类de Brjijn序列,合并的状态圈数是最多的。

关键词：分圆类分圆数有限域迹 de bruijn序列

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三维视觉结构光编解码技术研究

三维视觉结构光编解码技术研究

作者：夏长得湖南大学

学位级别：硕士

三维重建是计算机视觉中最热门的课题之一,并且已经广泛的应用于工业检测、对象识别、机器人导航等领域。结构光技术和双目视觉技术在三维重建领域中已经得到了广泛的应用。双目视觉原理相对原理简单、操作方便、结构灵活,目前已经广泛... 详细信息

三维重建是计算机视觉中最热门的课题之一,并且已经广泛的应用于工业检测、对象识别、机器人导航等领域。结构光技术和双目视觉技术在三维重建领域中已经得到了广泛的应用。双目视觉原理相对原理简单、操作方便、结构灵活,目前已经广泛应用于三维视觉检测,但是该方法在无纹理或者纹理比较少的场景中获取深度信息比较困难,而且匹配的计算代价很大。结构光测量技术能够对图像特征进行准确的提取,精度比较高,但是其中投影仪标定和非线性校正过程比较复杂。根据双目视觉和结构光技术的优点,本课题将双目视觉和结构光技术进行了结合,提出了一个双目结构光测量系统方案。在该系统中,本文的研究重点是双目结构光的编码和解码。针对被测物体表面无纹理或者纹理较少的物体重建困难、精度不高的问题,我们采用结构光编码,通过向被测物体表面投射结构光编码图案,人为的增加被测物体表面的纹理特征,并根据这些纹理特征进行解码。在结构光解码过程中,对彩色条纹中心线进行提取时,通过引入亚像素,提高了系统重建的精度。并通过颜色聚类算法,解决了被测物体表面颜色和环境光对测量系统的干扰。本文的研究内容和创新点主要有以下几点:1、本课题根据双目视觉原理简单、易于实现和结构光技术精度较高、能够为被测物体人为的增加纹理特征等优点,针对表面无纹理或者纹理较少的物体重建困难、精度不高的问题,设计了一套双目结构光测量系统,并和传统的双目视觉测量系统,传统的结构光测量系统在理论上进行了对比分析。2、对双目结构光测量的硬件系统和软件系统进行设计,搭建硬件系统平台,对相机、镜头、采集卡等硬件设备进行选型。开发了双目结构光编码、双目结构光解码、三维重建等软件功能模块和人机交互界面。3、对结构光的编码方法和原理进行了研究,针对传统的debruijn彩色条纹编码可能会造成误匹配的问题,根据debruijn序列的数学模型,提出了一种改进的非重复的debruijn彩色条纹编码。根据彩色相机的原理和灰度相机的优点,提出了一种通过灰度相机获取彩色图像的方法。4、在结构光解码过程中,针对被测物体表面颜色和环境光影响严重的问题,我们采用了基于HSI空间的颜色聚类算法,对彩色条纹进行分色。利用Canny算子对彩色条纹边缘进行检测,然后通过改进的几何中心法提取彩色条纹的像素级中心线,该算法能够很好的识别完整的边缘点对,剔除不完整的边缘点对。为了进一步提高系统精度,在此基础之上,利用自适应阈值的梯度重心法,对彩色条纹进行亚像素中心线的提取。实验表明引入亚像素中心线对彩色结构光进行解码能够极大的提高了系统重建的精度。

关键词：双目视觉彩色结构光 de bruijn序列中心线提取亚像素中心线

有限环上的纠错码和序列密码中若干问题的研究

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有限环上的纠错码和序列密码中若干问题的研究

作者：吴波合肥工业大学

学位级别：硕士

目前,随着生产技术的飞速发展和理论研究的不断深入,有限环上的纠错码理论和序列密码理论的研究不仅具有重要的理论意义而且具有重要的实际应用价值。近十几年来,有限环上的纠错码理论的研究是纠错码理论研究领域的一个研究热点。环F+u... 详细信息

目前,随着生产技术的飞速发展和理论研究的不断深入,有限环上的纠错码理论和序列密码理论的研究不仅具有重要的理论意义而且具有重要的实际应用价值。近十几年来,有限环上的纠错码理论的研究是纠错码理论研究领域的一个研究热点。环F+uF是介于环Z与域F之间的一种四元素环,因此分享了环Z与域F的一些好的性质:P.Udaya等首先将环F+uF+…+uF用于最优频率跳跃序列的构造,此类环上的编码理论研究成为一个新的热点。本文从多方面研究了F+uF+…+uF这类环上的线性码、循环码的各种性质。几十年来,研究de bruijn序列的有效生成算法一直是序列密码研究领域的一个核心问题,由于二元数域F的运算的简单性,目前已有大量产生二元de bruijn序列的生成算法,但是由于一般的有限域,特别是有限环上运算的复杂性,有限环上的de bruijn序列的有效生成算法与实际需要还有相当大的距离。本文在四元素环Z和F+uF上,分别给出de bruijn序列的一个有效生成算法。具体内容如下: 1.给出了环F+uF的Galois环的相关理论,指出此Galois环的自同构群不同于Z环上的Galois环的自同构群;定义了Galois环上的迹码的概念及子环子码的概念,证明了此Galois环上的一个码的对偶码的迹码是该环的子环子码的对偶码。 2.考虑环F+uF上的长度N=2n的循环码,给出环F+uF上任意偶长度的循环码的结构定理,更进一步给出任意长度的循环码的计数公式。 3.将Kerdock码和Preparata码的概念引入到环F+uF上,并给出Kerdock码的迹表示;当p=2时,建立了环F+uF上这两类码与域F上的Reed-Muller码之间的联系;并证明了一阶Reed-Muller码是环F+uF上Kerdock码的线性子码的Gray像。 4.定义了环(F+uF+…+uF)到F的一个Gray映射,给出Gray映射的几个性质,并给出该环上码为循环码的一个充要条件。 5.给出环F+uF+…+uF上的线性码及对偶码的生成矩阵,建立了此环上的线性码及其对偶码的MacWilliams恒等式。 6.在四元素环Z和F+uF上,分别给出一个由低阶de bruijn序列的反馈函数产生任意高阶de bruijn序列的有效升级算法。

关键词：纠错码线性码循环码 Gray映射序列密码 de bruijn序列

有限链环上的广义Reed-Muller码及序列密码中若干问题的研究

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有限链环上的广义Reed-Muller码及序列密码中若干问题的研究

作者：尹水合肥工业大学

学位级别：硕士

Reed-Muller码是一类非常重要的代数码,具有很好的代数和组合性质。有限环上的Reed-Muller码可以用来构造一些好码,如Kerdock码、Prep arata码以及Goethals码等,因而具有很大的研究价值。de bruijn序列不仅具有很高的线性复杂度,而且具... 详细信息

Reed-Muller码是一类非常重要的代数码,具有很好的代数和组合性质。有限环上的Reed-Muller码可以用来构造一些好码,如Kerdock码、Prep arata码以及Goethals码等,因而具有很大的研究价值。de bruijn序列不仅具有很高的线性复杂度,而且具有良好的伪随机性,这最符合密钥序列的要求,因此它一直是序列密码研究中的热点。有限链环由于其自身的特殊结构,对其上Reed-Muller码和de bruijn序列的研究必将极大地推动环上编码理论和序列密码理论的发展。本文主要研究了环Fp+uFp上的Reed-Muller码、环F2+uF2和环F2+uF2+…+uk-1F2上de bruijn-Good图的同构以及环F2+uF2上de bruijn序列的构造。具体内容如下：（1）构造了环F2+uF2上的一类线性码URM（r,m-1）,并证明了当r=0,1,2,m-1及m时,它的Gray象为二元r阶的Reed-Muller码R（r,m）。（2）将Reed-Muller码的概念引入环Fp+uFp上,定义了更一般的Reed-Muller码URM（p,r,m）,给出了它的迹表示,并研究了它的对偶码以及两者之间的关系。特别地,当p=2时,得到了一些更好的性质。（3）定义了环F2+uF2上de bruijn-Good图的几种自同构,并给出了该环上移位寄存器非奇异的充要条件以及非奇异反馈函数与其自同构函数的表达式,然后将结果推广到环F2+uF2+…+uk-1F2上（4）给出了环F2+uF2上de bruijn序列的一种快速有效的构造算法。

关键词： Reed-Muller码 Kerdock码 Preparata码 Gray象迹表示移位寄存器非奇异反馈函数自同构 de bruijn序列

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基于T-函数序列的代数结构与分布性质

基于T-函数序列的代数结构与分布性质

作者：罗永龙解放军信息工程大学

学位级别：硕士

T-函数是近年来由密码学者Klimov和Shamir提出的一类新的密码本原,其混合了代数运算和逻辑运算,适合在现代处理器中操作,同时基于字运算,具有软件实现速度快的特点,故非常适合用于设计基于软件快速实现的序列密码.由于T-函数混合了代数... 详细信息

T-函数是近年来由密码学者Klimov和Shamir提出的一类新的密码本原,其混合了代数运算和逻辑运算,适合在现代处理器中操作,同时基于字运算,具有软件实现速度快的特点,故非常适合用于设计基于软件快速实现的序列密码.由于T-函数混合了代数运算与非代数运算,因此基于T-函数的序列密码具有很强的抗代数攻击能力.现在, T-函数已成为序列密码研究的一个重要方向. 本文主要研究了Klimov-Shamir T-函数的代数结构、单字T-函数及其生成序列的若干密码性质.具体取得了如下结果: 1.给出了关于Klimov-Shamir T-函数生成序列比特间的三个主要的二次关系式,同时结合这些关系式,完全确定了当Cj = Cj?1时第j比特位序列八分之一周期移位的自相关函数值,并初步讨论了如何选取Klimov-Shamir T-函数中的C以避免简单的代数结构. 2.给出了单字单圈T-函数截尾序列的pattern分布,结果说明这些序列具有良好的pattern分布特性. 3.研究了单字单圈T-函数截尾序列的线性复杂度,并给出了线性复杂度的上下界;同时分析了单字单圈T-函数输出字的高2t比特位所得序列的k-错线性复杂度;4.利用已获得的关于T-函数生成序列的线性复杂度的结论,研究了单字单圈T-函数导出de bruijn序列的具体条数,并给出了这些序列.

关键词： T-函数代数结构截尾序列 de bruijn序列 pattern分布线性复杂度 k-错线性复杂度

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二维绝对位置测量传感器编码及解码算法研究

二维绝对位置测量传感器编码及解码算法研究

作者：吴晓婷合肥工业大学

学位级别：硕士

本论文基于对二维平面绝对测量编解码技术及其测量系统的研究,利用一维的窗口序列完成了对二维绝对编码的设计,并提出了相应的具有一定纠错容错能力的高效解码算法。在此基础上,本论文设计了一种二维绝对位置测量传感器系统,减小了现有... 详细信息

本论文基于对二维平面绝对测量编解码技术及其测量系统的研究,利用一维的窗口序列完成了对二维绝对编码的设计,并提出了相应的具有一定纠错容错能力的高效解码算法。在此基础上,本论文设计了一种二维绝对位置测量传感器系统,减小了现有二维传感器在X、Y方向分别贴装一维位置传感器引入的阿贝误差,提高了二维绝对传感器设计的集成度。本论文主要的研究工作有:(1)研究了现有的二维绝对位置传感器及其编解码算法,在此基础上设计了一种将一维循环移位de bruijn序列作为数组行排列的二维绝对式平面编码,给出了该编码的窗口属性证明;(2)给出了二维绝对数组的相应解码算法,将复杂的二维解码问题简化成了一维的窗口序列解码问题;在扩大解码窗口的基础上,提出了一种具有一定纠错容错能力的高效解码算法;(3)基于上述编解码理论,制作了二维平面编码盘,设计了基于LabVIEW和Matlab混合编程的二维绝对位置测量系统;(4)在上述研究的基础上,搭建了二维绝对位置测量传感系统与二维电动微位移平台的对比实验;实验结果表明:所设计的二维绝对位置测量系统测量分辨率为0.248),平均测量偏差为±0.48),单次测量偏差为±0.68)。

关键词：平面编码绝对位置测量 de bruijn序列图像处理亚像素细分

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单帧彩色编码的结构光深度获取研究

单帧彩色编码的结构光深度获取研究

作者：蒋景松西安电子科技大学

学位级别：硕士

当前,三维信息已经在3D人脸识别、增强现实、自动驾驶等领域被广泛应用。因此复杂场景深度获取技术成为研究重点,其中结构光法具有高精度、高鲁棒性等优点,成为热点研究方向。本文在结构光法的基础上,提出了两种单帧彩色编码的结构光深... 详细信息

当前,三维信息已经在3D人脸识别、增强现实、自动驾驶等领域被广泛应用。因此复杂场景深度获取技术成为研究重点,其中结构光法具有高精度、高鲁棒性等优点,成为热点研究方向。本文在结构光法的基础上,提出了两种单帧彩色编码的结构光深度获取方法。本文首先提出了一种高精度的彩色散斑编码结构光深度获取方法。投影模板由离散的相位信息和彩色的de bruijn序列信息组成的复合模板,在实际场景中已证明其可行性,且对环境光具有鲁棒性。使用Gabor滤波器来估计截断相位信息。为了解决传统测量方法中的相位模糊问题,通过de Brujin序列编码截断相位的周期信息并将其分布到彩色模板的两个通道中。通过截断相位的边界确定de bruijn序列边界,并通过形态学闭操作得到de bruijn序列码字。所提的方法适合动态场景的深度获取。实验结果证实该方法不仅可以获得稠密的、高精度的深度图,而且适合带有颜色物体和动态场景的深度测量。同时,本文提出了一种彩色序列混合编码的结构光模板,为了获取稠密的、高精度的深度数据。将带有相位信息的离散点嵌入彩色de bruijn序列条带中,利用彩色de bruijn序列解决相位缠绕问题。其中,相位编码是通过像素点在空间域的密度呈现余弦变化来实现,故可以使用二值编码以提高鲁棒性。此外,设计的彩色序列混合编码的结构光模板适合动态场景深度测量。实验证明本方法在复杂场景中可以重构出目标对象。

关键词：深度获取结构光 de bruijn序列

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非线性反馈移位寄存器序列的研究

非线性反馈移位寄存器序列的研究

作者：李超云湖北大学

学位级别：硕士

反馈移位寄存器在现代通信系统、编码理论和密码学中有着广泛的应用.在密码学中,线性反馈移位寄存器是设计流密码密钥流生成器的重要组件.极大长度线性反馈移位寄存器序列,即m序列,具有长的周期和优良的伪随机性质,但它的线性复杂度却很... 详细信息

反馈移位寄存器在现代通信系统、编码理论和密码学中有着广泛的应用.在密码学中,线性反馈移位寄存器是设计流密码密钥流生成器的重要组件.极大长度线性反馈移位寄存器序列,即m序列,具有长的周期和优良的伪随机性质,但它的线性复杂度却很小.为了设计大线性复杂度的密钥流序列,人们对m序列进行非线性改造,从而提出了流密码的组合、滤波和钟控等模式.随着相关攻击和代数攻击等密码分析技术的发展,基于线性反馈移位寄存器流密码的安全受到严重威胁.2004年欧洲启动的eSTREAM计划极大推动了流密码算法设计与分析的发展,以Trivium和Grain为代表的基于硬件算法的胜出标志着非线性反馈移位寄存器逐渐成为密钥流生成器的一种重要设计原件,非线性序列作为驱动已经成为基于反馈移位寄存器的流密码设计的新趋势.基于非线性反馈移位寄存器流密码越来越受到人们的重视.然而,非线性反馈移位寄存器的基础理论研究相对实际应用而言比较滞后,许多问题仍待解决.非线性反馈移位寄存器理论中的一个基本问题是构造极大长度的非线性反馈移位寄存器序列.极大长度非线性反馈移位寄存器序列,也称为de bruijn序列,有着很好的密码学性质：长的周期,大线性复杂度和优良的伪随机性质,因而有着很好的应用前景.目前最常用的构造方法之一是Golomb提出的并圈法,通过依次合并给定移位寄存器状态图中的所有圈得到只含一个大圈的极大长度非线性反馈移位寄存器,从而生成de bruijn序列.人们已经利用极大长度线性反馈移位寄存器,纯轮换移位寄存器以及纯和寄存器等的特殊圈结构通过并圈法构造debruijn序列.本文将构造几类新的de bruijn序列.本文将综合使用组合方法和代数方法确定几类线性反馈移位寄存器的圈结构和状态图中共轭圈的分布,从而利用并圈法构造de bruijn序列.本文还将给出构造的极大长度非线性反馈移位寄存器反馈函数代数表达式和快速生成反馈函数的算法.这些研究对发展基于反馈移位寄存器的流密码设计与分析的方法和技术具有重要的理论意义和应用价值.

关键词：反馈移位寄存器 de bruijn序列 D-同态 m序列并圈法圈结构邻接图