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编码结构光已成为目前结构光几何重建的主要方向,通过对条纹进行编码来标记物体的空间信息,再对光栅图像中的编码条纹进行解码,利用数学理论,即可求得物体的空间三维坐标。因此,编解码方法是极其关键的一步,直接影响到后续几何重建的准确度和精度。本文正是基于此,对编码结构光的二值编解码方法和颜色编解码方法展开了深入的研究,相关工作及取得的成果如下:
(1)提出了一种改进的Canny算子。为使传统Canny算子适用于光栅图像中条纹边界的提取,本文从四方面改进了Canny算子。①采用高斯函数求解梯度。②在对梯度进行非极大抑制时,同时对边缘细节也进行抑制。③对于可能出现的噪声(毛刺、叉形和钩状弧线等)予以剔除。④引入三次样条插值函数来修补断开边界。
(2)采用改进的Canny算子来提取条纹边界,同时提出一种基于边界信息的结构光精确编解码算法。该算法主要由四个核心步骤构成:①建立用来描述光栅图像序列中条纹边界信息的编解码二叉树;②对于未解码的边界,采用边界定位和解码算法来求解其解码值,提高了解码精度,降低了误判率;③设计了边界匹配算法来消除不同编码值条纹间的重叠问题;④对由于遮挡、阴影等引起的断开边界进行解码。
(3)提出了一种周期组合颜色编解码方法。其编码方法采用红、绿、蓝三种基本色形成彩色条纹,将任意相邻三条彩色条纹作为一组,其排列顺序是唯一的,再利用白色条纹来标记周期编号,该编码方法用较少的颜色数实现了较大的编码空间,增加了抗干扰性,且解码较容易。之后,本文对彩色条纹分割进行了研究,提出了基于改进Canny算子的自适应彩色条纹分割算法。在此基础之上,对彩色条纹进行解码,主要包括:①基于白色条纹逐级解码算法;②遗漏彩色条纹解码算法。
(4)设计并实现了一个编码结构光图像处理系统,可对光栅图像进行前期处理,并可进行结构光的二值编解码和颜色编解码,为后续的几何重建提供必要的数据信息。