结构光编码的动态程序设计

Ｏ ｅＧ ｐ ｎ Ｌ在 硬件 、 １ 操 作 系 统 方 面是 相 互 独 窗： ３、
立 的 ，允 许本 地 和远 程 绘 图 。网络 系 统 中 ， ｐ ｎ Ｌ Ｏ ｅＧ 在 Ｘ 窗 口、 ｎ ｏ ｓ 其 他 窗 口系 统下 都 能 以一 个 Ｗｉｄｗ 或
Ａ ｘＩｉＰ ｓ ｉ （ Ｌｎ ， Ｌｎ ， Ｌ ｉ ｉｔ， ｕ ｔ ｏｉｏ Ｇ ｉｔ Ｇ ｉｔ Ｇ ｓ ｅｗ ｄｈ ｎ ｔｎ ｘ Ｙ ｚ Ｇ ｚ ｅ ｈ１ 设 置窗 口位 置及 大小 。 Ｌ ｓ ｅｈ ｉ ｔ 一 ｉ ｇ 参数 （， ） Ｙ
Ｏ ｅＧ ｐ ｎ Ｌ是一 种 直观 的编程 环境 ， 提供 的 １ ０ 它 ２
个 图形 函数 ， 大大 地简 化 了三 维 图形 程 序 。这 里 介
ｆ） 移 条 纹 ｂ线 图 ３ 组合 编 码 图案
绍 一 下程 序 中用 到 的 函数 ， 主程 序 中构建 整 个 程 在
序 运 行 的 过 程 。初 始 化 窗 １ 色 彩及 图形 的缓 存 ： ３的
同 ， 成某 种形式 的光 ， 括点 、 线 、 形 包 单 多线 、 圆 、 单 同 心多圆 、 网格 、 十字 交 叉 、 度 编码 图案 和 颜 色编 码 灰
图案 等 。 构光 法 是将 某 种 形式 的光 图 案通 过光 学 结 系 统 投 向景 物 。 由于 物 体 表 面 凹 凸不 平 ， 纹 发 生 条 了畸 变 。 种 畸变 是 由于投 影 的光 栅 条纹 受 物体 表 这
植性 。 同时 Ｏ ｅ Ｇ ｐ ｎ Ｌ提供 的 图形 函数 不要 求 开发 者
把 三维 物 体 模 型 的数 据 写 成 固定 的数 据 格式 ． 发 开
者 不但 可 以直 接使 用 自己的数 据 ， 且 可 以利 用 其 而
他不 同格 式 的数 据 源 。 化 了三 维 图形程 序 。 简 本 文利 用 Ｏ ｅ Ｇ ｐ ｎ Ｌ编 写 结构 光 编码 。首先 对 需 要 建立 模 型 的相关 数 据 及状 态 进 行 初 始 化 ， 据 初 根
及 其 他 有 效 标 志 Ａ Ｘ Ｄ Ｐ Ｈ、 Ｘ Ｓ Ｅ Ｃ Ｌ或 Ｕ — Ｅ Ｔ ＡＵ — Ｔ Ｎ Ｉ
ＡＵＸ ＡＣＣＵＭ 。
—
２ 算 法 的 实现
２１ 结 构光 编码 的 算法 思路 ．
Ａ ｘＩｉ Ｗｉｄ ｗ ｆ Ｌ ｙｅ＊ｉｅＳｒ ｇ 一 窗 １ ｕ ｎｔ ｎ ｏ Ｇ ｂ ｔ ｔｌ ｔｎ ） ｔ ｉ ５ 初 始 化 ， 符参 数是 窗 Ｅ名称 。 字 １
在 物体 表 面 形成 畸 变 的 轮廓 ， 利用 左 右 两 侧 的 摄像 机进 行 实 时 的 图像 采 集 ，然 后 对 光 栅 图像 预 处 理 ， 将 Ｃ Ｄ像 素 点 中心作 为 图像 采 样 点 ，根 据 采 样 点 Ｃ
在 投影 图像 系列 中灰 度 确定 其 编 码值 。 结合 标 定 模 块 中所得 到 的 系统 参 数 。 立该 系统 三 维重 建 的 数 建
射 ， 到 一幅 对应 的编 码 图像 ， 编码 图像 与 编码 方 得 将
式对 照进 行解 码 ， 而 解决 两者 对应 问题 。 间编 码 从 空
方 法 只 需 用 图 案 投 射 一 次 就 可 获 得 景 物 的深 度 图 像， 从原 理上 来说 更适 合 于动态 测量 。 间编 码是 将 时 多 个不 同的 编码 图案按 时 序 先后 投 射 到 物 体表 面 、 得 到相应 的编码 图像 序列 ．将 编码 图像 序列 组合 起 来 进行 解码 ．从 而解 决投 射 图案 和采集 图像 的对 应 问题 。 具有 准确 度高 、 它 分辨 率 高等优 点 。时间 编码 方 法需 用 图案投 射多 次获 得编 码 图像序 列 ，从原 理 上 来说 更适 合 于静态 测量 。
的智 能操作 ， 一种 理想 的研 究平 台。 是
维 信 息 。在 物 体 上形 成 图案 并 由摄 像 机摄 取 ， 而后 由 图像 根据 三 角法 和 传 感器 结 构 参 数进 行 计 算 ， 得 到物体 表 面 的深度 图像 。进 一步 计算 出物 面 的三 维 坐标值 。
将 同一 图案重 复投 射 的方法 始终 存在 相互 识 别
第 七 幅紧接 着第 六 幅从 左移 动到 屏幕 中时 的 图案 。
个 偏 移量 生成 的矩 阵乘 以 当前 矩 阵 。
为 了使结 构 光 能 以合 适 的位 置 、 小 和方 向显 大
示 出来 。 必须要 通 过投影 ， 同时要 重新设 置 时 间窗 口
形状 。 涉及 到 的 函数有 ：
ｇＣｅ ｒ ｏ ｒ 图形 初始 化 的背 景颜 色 。 ｌｌａＣ ｌ 一 ｏ
ｇＣ ｌｒｆ 设置 物体 颜色 。 ｌｏｏ３ 一 ｇＢ ｇｎ一 开 始绘 制几 何 图元 。 ｌ ｅｉ ｇＶ ｒ ｘ ｆ 表示 用 一个 指 针指 向所有 类 型 的 ｌ ｅｔ ３ 一 ｅ 向量来 定 义一 系列 顶点 坐标 值 。
间 编 码 是将 一 幅 按 某 种 方 式 编 码 的 图案 向景 物 投
绘 制 的结构 光 编 码 图像 能 精确 到 像 素级 ， 能全 屏 并 显示． 大大减少 了因投影图像 尺寸存在的误差 ， 降低 了 对三维重建精度 的影响 。根据程序设计 的定 时和转速
的功 能 ． 以实现 动 态显 示 ， 可 不需 要 人 工 干 预 ， 一 在
・
始 化 的数 据 绘 制像 素 级 图形并 输 出 ． 然后 选 择 投 影 到屏 幕 的方 式 ． 出到设 置好 的视 见 区域 中 ． 输 沿着 某
１ ７・ ３
高黎 黎 ， 卢韶 芳 ， 张启 勃 ： 构光 编码 的动 态程 序设 计 结
ｇ ｒｎｌ ｅ（，ｚ 一 三个 函数参 数 就 是 目标 分 ｌ ａ ｓ ｔｆｘ ，） Ｔ ａ ｙ 别 沿 三个轴 向平移 的偏 移量 。这个 函数 表示 用这 三
方 式 。 义 窗 口 的初 始 位 置 和 窗 １ 称 ， 到 的 函 定 ： ３名 用 数 有 Ｃ： ２ ］
Ａｕ ｎｔＤｉ ｌｙ Ｍｏ ｅ ｆ ｉ ｆ ｌ ｓ １一 设 ｘ Ｉｉ ｓ ａ ｄ ＧＬ ｂｔ ｅｄ ｍａ ｋ ｐ ｉ
通过 投 影 仪 将结 构光 编 码 图案 投 向被 测 物 体 ，
种 轨迹 运 动 ， 据采 集者 的需 求 ， 置 移动 的时 间 和 根 设 速 度 。具 体 的算 法 流程 如 图 ４所 示 。
图 １ 二 灰 度 级 编 码 图 案
图 ２
多灰 度 级 编 码 图案
图 ４ 结构 光 编 码算 法程 序 框 图 （ ） 雷 码 ａ格
２２ 算 法描 述 ．
面 形 状调 制 所 致 ， 因此 它 包 含 了物体 表 面 形状 的 三
物 体 投影 成 二维 图像 ， 过外 部 轮 廓 成像 与 图像 特 通
征 数 据来 恢 复 三维 物体 ， 它具 有 成 本低 、 接触 、 非 计 算 简单 、 度高 、 时性好 和抗 干扰 性强 等优 点 …。 精 实 结 构 光 图像 的发 展 ， 由过 去 的硬 件 到 现在 的软 件 ， 历了 ３ 经 ０多年 。 用 的软件 有 Ｍａ ａ 常 ｔ ｂ和 Ｖ ＋ 。 ｌ Ｃ ＋ ｖ ＋ 代 码执 行效 率 高 、 度 快 ， 易 实现 实 时 、 态 Ｃ＋ 速 更 动
在 Ｖ ＋ 平台下， 进结构光编码采用 Ｏ ｅＧ Ｃ＋ 改 ｐｎ Ｌ编 程 方 式 ， 仅 可 以绘 制 出各 种 形 态 的 二 维 和 三 维 图形 ， 能 精 确 到 不 并
像素级 ， 而且 能实 现 图形 静 态 和 动 态 的 显 示 。 这 些 优 点 恰 能 满 足 将 结 构 光 编码 应 用 于 医 学 上 的动 态 显 示 ， 少 了人 减 工干 预 ， 实现 智 能 化 投 影 。 关键词 ： 结构 光 ： 三维 重 建 ： Ｃ ＋ Ｏ ｅ Ｇ Ｖ ＋ ：ｐｎ Ｌ 中 图分 类 号 ： Ｐ ９ Ｔ３１ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ： ６ ３ １ ８ （ ０ １ ０ — １ ６ ０ １ ７ — ９ ０ ２ １ ）５ ０ ３ — ４
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高黎 黎 ， 卢韶 芳 ， 张启 勃 ： 结构 光 编码 的动 态程序 设 计
时 间 编码 方法 主要分 为 ３类 ：二 灰 度级 编 码 方 法（ １； 图 ） 多灰 度 级 编码 方 法 （ ２ ； 合 编 码 方 法 图 ）组 （ ３ 。 图 中可 以看 出 ， 构光 编码 图案是 由不 同 图 ）从 结 颜 色和 不 同距离 的一 系列光 栅 图像组 成 。
收 稿 １ ： ０ １ ０ —１ ３期 ２ １ — ６ ０
基金项 目： 吉林 省科 技 发 展计 划 项 目 （０ ９ ５ ９ ； ２ ０ ０ ０ ） 吉林 农 业 大 学 青 年 基 金 项 目（ １２ ） ２ ０ ７ ０
作 者 简 介 ： 黎 黎 ｆ９ ４ ， ， 林 长 春 人 ， 士 ， 高 １ ８ 一）女 吉 硕 吉林 农业 大学 工程 技 术 学 院助 教 ， 究 方 向 为模 式 识 别 与 图像 处 理 。 研
为窗 １ ５的左 上 角 点 的屏 幕 坐标 ， 数 （ ｉｔ， ｅｇｔ 参 ｗ ｄｈ ｈ ｉ ） ｈ
独立 的图形 窗 口出现 ， 以 ， 所 应用 程序 具 有广 泛 的移
为窗 口的宽度 和高 度 ， 单位 为像 素 。
在主 程序 中会 调用 图形 初 始化 函数 ，设 置结 构
光编 码 的背景 颜色 、 动方 向 、 构光 编 码颜 色 以及 移 结
第 ｌ ３卷 第 ５期
重 庆科 技学 院学 报 （ 自然科 学 版 ）
２１年 ｌ ０１ ０月
结构光编码 的动态程序设计
高黎 黎 卢 韶 芳 张启 勃
（． １吉林 农业 大 学 ，长春 １０ １ ； ． ３ １８ ２吉林 大 学 ，长春 １ ０ ２ ） ３０５
摘
要： 结构 光具 非 接 触 性 、 高精 度 、 于 实 现 等 优 点 ， 其 应 用 在 物 体 三 维 重 建 上 ， 以 提 高 采 集 速 度 和 测 量 精 度 。 易 将 可
将 结 构 光应 用 在 医 用 三维 重 建 时 ， 要考 虑 两 主 个 方 面 ： 是采 集数 据 的速度 ； 是 ｉ维重 建物 体 的 一 二
精 度 。 文在 Ｖ ＋ 平 台下 ， 用 Ｏ ｅ Ｇ 本 Ｃ＋ 采 ｐｎ Ｌ编程方 式 ，
的 问题 ． 而编码 方法 则 可 以使 识 别简 化 。 编码 图案 投 射法 可分 为按 空 间编码 和按 时 间编码 两 种方 法 。空
近 几年 ， 随着 光 学 、 算 机 图形 学 的快速 发 展 ， 计 医 学影 像 设 备 的不 断升 级 ， 图像 辅 助 系统 及 计 算 将 机 图像 处 理 系统 应 用 在 临床 上 已成 为研 究 的热 点 。
利 用结 构光 对病 人病 灶处 进行 三维 重建 是将 三维 的
学模 型 。
置 窗 口显示 模式 ， 般包 括颜 色 和缓存 方式 。 一 基本 模 式有 Ｒ Ｂ Ｇ Ａ或 颜色 表 、 单或 双缓存 。参 数 ｍａｋ是一 ｓ 组 位 标 志 的 联 合
ＡＵＸ Ｉ ＮＤＥＡ Ｘ Ｒ Ｂ 或 ，Ｕ — Ｇ Ａ
＿
ＳＮ Ｌ 或 ＡＵ — Ｏ Ｂ Ｅ，以 ＩＧ Ｅ Ｘ Ｄ Ｕ Ｌ
定 时间 内 ， 匀速 地移 动事 先设 计好 的连 续 图像 ， 能 并 自动切换 下一 图像 序列 。 同时 实现 投影 和采 集 ， 能 提 高 了投影 图像 和采 集 数据 的速度 。
１ 结 构 光 编 码 的原 理
结 构 光 根 据 光 学 投 射 器 所 投 射 光 束 模 式 的 不