申请/专利权人：天津大学

申请日：2018-10-19

公开（公告）日：2021-04-27

公开（公告）号：CN109360211B

主分类号：G06T7/11(20170101)

分类号：G06T7/11(20170101);G06T7/181(20170101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.04.27#授权;2019.03.15#实质审查的生效;2019.02.19#公开

摘要：本发明公开了一种基于相位跳变点的连续区域分割方法，所述方法包括：构建由投影系统、相机以及被测物体组成的结构光三维测量系统；将光栅依次投至物体表面，通过改变不同组的光栅的输入顺序，经最小二乘法获得包裹相位序列，由包裹相位序列获取包裹相位的差分非零点组合；通过对不同的差分非零点组合采用跳变区域相交的方法，获得粗分割线；对粗分割线通过图像增强与细化，获取精分割线并对连续区域进行分割；分割后的连续区域由感兴趣区域减去精分割线获得。本发明实现了对突变区域进行较好的分割，本发明能够精确的提取出物体的边缘位置；边缘提取准确性的提升能够提高物体识别的准确度。

主权项：1.一种基于相位跳变点的连续区域分割方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：构建由投影系统、相机以及被测物体组成的结构光三维测量系统；将不同组的光栅依次投至物体表面，不同组的光栅的输入顺序不同，经最小二乘法获得不同组的包裹相位序列，由不同组的包裹相位序列获取不同组的包裹相位对应的差分非零点组合；通过对不同组的差分非零点组合采用跳变区域相交的方法，获得粗分割线；对粗分割线通过图像增强与细化，获取精分割线并对连续区域进行分割；分割后的连续区域由感兴趣区域减去精分割线获得；所述获取不同组的包裹相位对应的差分非零点组合具体为：Aix,y＝{Round[φix+1,y-φix,y]～＝0}其中，Round为四舍五入的圆整函数；φix+1,y为待处理运算点右侧一个像素点处的包裹相位值；φix,y为待处理运算点的包裹相位值，i＝1,2…,n，n≥3；所述通过对不同组的差分非零点组合采用跳变区域相交的方法，获得粗分割线D具体为：D＝A1||A2……||An其中，||为相交逻辑运算符，An为第n组包裹相位的差分非零点。

全文数据：一种基于相位跳变点的连续区域分割方法技术领域本发明涉及三维测量的区域分割领域，尤其涉及一种基于相位跳变点的连续区域分割方法。背景技术结构光三维测量系统由被测物体、投影设备、采集相机与计算机处理系统组成。在测量过程中，投影仪需投射不同的数字光栅于物体表面，经相机采集由物体面型调制的光栅图像，通过计算机处理系统的解码与重构即可获得被测物体的三维信息。将不同场景距离的物体如何更好的进行分割对物体识别，去除噪声及解包裹有着重要的意义。近几十年来，专家学者们研究并发明了一系列边缘提取算子对边界部分进行提取，如Canny算子，Sobel算子等；但是由于场景过于复杂，很难选取适当的阈值进行分割，因此这些边界提取算子具备较低的提取准确度。迄今为止，还没有一种良好的方法能够实现实现对物体边界的精确提取。发明内容本发明提供了一种基于相位跳变点的连续区域分割方法，本发明实现了对突变区域进行较好的分割，详见下文描述：一种基于相位跳变点的连续区域分割方法，所述方法包括以下步骤：构建由投影系统、相机以及被测物体组成的结构光三维测量系统；将光栅依次投至物体表面，通过改变不同组的光栅的输入顺序，经最小二乘法获得包裹相位序列，由包裹相位序列获取包裹相位的差分非零点组合；通过对不同的差分非零点组合采用跳变区域相交的方法，获得粗分割线；对粗分割线通过图像增强与细化，获取精分割线并对连续区域进行分割；分割后的连续区域由感兴趣区域减去精分割线获得。其中，所述获取包裹相位的差分非零点组合具体为：Aix,y＝{Round[φix+1,y-φix,y]～＝0}其中，Round为四舍五入的圆整函数；为待处理运算点右侧一个像素点处的包裹相位值；为待处理运算点的包裹相位值。进一步地，所述投影系统、相机和物体所在的三点位置呈三角关系。其中，所述通过对不同的差分非零点组合采用跳变区域相交的方法，获得粗分割线D具体为：D＝A1||A2……||An其中，||为或逻辑运算符，An为第n组包裹相位的差分非零点。本发明提供的技术方案的有益效果是：1、本发明能够精确的提取出物体的边缘位置；边缘提取准确性的提升能够提高物体识别的准确度；2、本方法的计算消耗小，该方法无需采用复杂的优化操作，仅利用简单的差分、相移等函数运算即可获得物体边缘，并由此实现对图像分割的作用；3、本发明的分割方法不受物体表面纹理的影响，分割点的位置仅与物体表面高度剧烈程度相关。附图说明图1为测量系统的结构示意图；图2为一种基于相位跳变点的连续区域分割方法的流程图；图3为由光栅序列组依据n步相移法可获取包裹相位序列的示意图；图4为未经高度调制包含“专”形洞的光栅组的示意图；图5为图4经本发明计算出的边界值；图6为经高度与噪声调制包含“专”形洞的光栅组的示意图；图7为图6经本发明计算出的边界值。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。实施例1一种基于相位跳变点的连续区域分割方法，参见图1-图5，该方法包括以下步骤：101：构建由投影系统、相机以及被测物体组成的结构光三维测量系统；其中，投影系统、相机和物体所在的三点位置呈三角关系，具体的摆放夹角仅与测量精度相关，本发明实施例对此不做限制。102：将光栅依次投至物体表面，通过改变光栅的输入顺序具体实现时，无特殊顺序更换规则，只要使得不同组的光栅输入顺序不同即可，经最小二乘法获得包裹相位序列假设投射光栅序列为I1,I2,I3,......,In，依据n步相移法[1]可获取包裹相位并通过更换光栅顺序的方法可获得包裹相位序列进而提取出包裹相位序列的经Round函数本领域技术人员所公知处理后所获得导数非零点的组合A1，A2……,An。其中，光栅序列的表达形式为：Iix,y＝ax,y+bx,ycos[φx,y+δi]i＝1,2…,n，n≥3式中，Iix,y代表每幅光栅的光强分布；ax,y为基本强度，bx,y为调制强度，为取得合适的对比度，ax,y与bx,y通常均取127.5；φx,y为包裹相位；δi为光栅相移量，其值为2πn。图4展示了光栅序列及相应获取的包裹相位序列。对于特定光栅组的包裹相位的求取方法为：其中，φx,y为包裹相位值，N为相移光栅总数，n为每张光栅的数字代表，n＝1,2,3,…,N；In为每幅光栅强度表示；δn为每幅光栅相对于首幅光栅的相移量，取值为2nπN。以此类推，可以计算出包裹相位序列的值包裹相位组的具体解法为：假设正常光栅顺序的光栅序列为I1,I2,I3,......,In，即按照从小到大的顺序依次排列，通过最小二乘法可获得包裹相位更改相移顺序的光栅顺序为I2,I3,......,In,I1时可获得包裹相位……同理即可获得包裹相位序列。获取包裹相位后，可由包裹相位获取包裹相位的差分非零点组合；差分非零点组合A1，A2……,An的求取方法为：Aix,y＝{Round[φix+1,y-φix,y]～＝0}2其中，Round为四舍五入的圆整函数；为待处理运算点右侧一个像素点处的包裹相位值；为待处理运算点的包裹相位值。103：通过对不同的差分非零点组合采用跳变区域相交的方法可提取到粗分割线D；对粗分割线D进行图像增强与细化处理，确定分割线E，而分割后的连续区域可由ROIRegionofInterest感兴趣区域区域减去分割线E获得。其中，将粗分割线提取并细化的边界位置如图5所示，至此，分割完毕。通过跳变区域相交的方法提取粗分割线D的操作具体为：D＝A1||A2……||An3其中，||为或逻辑运算符。其中，本发明实施例中的公共提取部分实现方式为逻辑与运算，细化为图像处理中常见的细化模式，本发明实施对此不做赘述。实施例2本发明实施例展现了对包含噪声及突变区域的区域分割结果，下面结合图1、图6和图7对实施例1中的方案进行进一步地介绍，详见下文描述：201：如图1所示，在实际测量过程中将由投影系统、相机、被测量物体组成的结构光三维测量系统进行组装，并构建成为三角测量关系；其中，在实际实验过程中可依据视场角与精度需求自由调节投影系统、相机、与被测量物体之间构成的夹角大小。本发明实施例对此不做限制，仅以图1中的位置关系、角度为例进行说明。202：图6显示了经过SNRSignalNoiseRate信噪比为25的噪声及高度调制后的相移光栅组，光栅组显示此次仿真结果中包含一个“专”形孔，在孔的正上方有一个凸起块作为单独的区域进行测试；203：应用实施例1中的步骤102和步骤103对边界部分进行提取，即可获得如图7所示的结果，结果显示，凸起块及孔的边界均被良好的提取与分割。本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。参考文献[1]DengH,DengJ,MaM,etal.3Dinformationdetectionwithnovelfivecompositefringepatterns[J].ModernPhysicsLettersB,2017:1740088.

权利要求：1.一种基于相位跳变点的连续区域分割方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：构建由投影系统、相机以及被测物体组成的结构光三维测量系统；将光栅依次投至物体表面，通过改变不同组的光栅的输入顺序，经最小二乘法获得包裹相位序列，由包裹相位序列获取包裹相位的差分非零点组合；通过对不同的差分非零点组合采用跳变区域相交的方法，获得粗分割线；对粗分割线通过图像增强与细化，获取精分割线并对连续区域进行分割；分割后的连续区域由感兴趣区域减去精分割线获得。2.根据权利要求1所述的一种基于相位跳变点的连续区域分割方法，其特征在于，所述获取包裹相位的差分非零点组合具体为：Aix,y＝{Round[φix+1,y-φix,y]～＝0}其中，Round为四舍五入的圆整函数；为待处理运算点右侧一个像素点处的包裹相位值；为待处理运算点的包裹相位值。3.根据权利要求1所述的一种基于相位跳变点的连续区域分割方法，其特征在于，所述投影系统、相机和物体所在的三点位置呈三角关系。4.根据权利要求1所述的一种基于相位跳变点的连续区域分割方法，其特征在于，所述通过对不同的差分非零点组合采用跳变区域相交的方法，获得粗分割线D具体为：D＝A1||A2……||An其中，||为或逻辑运算符，An为第n组包裹相位的差分非零点。

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