基于結(jié)構(gòu)光的快速高精度深度感知.pdf

1、隨著人們的追求不斷提高，傳統(tǒng)的二維成像技術(shù)已經(jīng)不能滿足需要?，F(xiàn)在，越來(lái)越多基于三維圖像的技術(shù)不斷涌現(xiàn)，豐富了人們的生活，也促進(jìn)了科技的發(fā)展。為了獲取真實(shí)的三維圖像，我們通常要對(duì)場(chǎng)景或物體進(jìn)行深度感知。結(jié)構(gòu)光技術(shù)是一種被廣為使用的深度感知技術(shù)。本文基于結(jié)構(gòu)光技術(shù)，針對(duì)如何快速進(jìn)行高精度的深度感知這項(xiàng)研究提出了一些新的方法。
　　首先，本文回顧了深度感知領(lǐng)域的基本知識(shí)，詳細(xì)介紹了基于結(jié)構(gòu)光的深度感知的基本概念，系統(tǒng)搭建方法以及模板設(shè)計(jì)

2、的發(fā)展歷史。接下來(lái)，本文著重介紹了三項(xiàng)研究工作，可伸縮深度感知系統(tǒng)，利用散斑解決相位展開(kāi)問(wèn)題實(shí)現(xiàn)快速高精度深度感知以及利用ToF深度相機(jī)解決相位展開(kāi)問(wèn)題實(shí)現(xiàn)快速高精度深度感知。
　　可伸縮深度感知系統(tǒng)利用了時(shí)分(TM)和鄰域(SN)這兩種廣泛使用的結(jié)構(gòu)光深度感知技術(shù)。時(shí)分技術(shù)因其高精度而知名;而鄰域技術(shù)因其低延時(shí)而獲得青睞。本文提出的可伸縮深度感知框架成功地結(jié)合了兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。我們的貢獻(xiàn)有兩點(diǎn)。第一，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套混疊結(jié)構(gòu)光模板

3、。這一模板含有相位移動(dòng)條紋和偽隨機(jī)散斑兩種成分。在混疊模板結(jié)構(gòu)光的照射下，對(duì)于靜態(tài)場(chǎng)景深度信息可由TM技術(shù)恢復(fù)出來(lái);對(duì)于動(dòng)態(tài)場(chǎng)景，深度信息可由SN技術(shù)重建得到。第二，本文提出了一個(gè)場(chǎng)景自適應(yīng)的深度感知框架?；谶@一框架，我們可以通過(guò)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)來(lái)生成一個(gè)全局的或是逐區(qū)域的最優(yōu)深度圖。為了驗(yàn)證本文提出的可伸縮深度感知系統(tǒng)，我們開(kāi)發(fā)了一套實(shí)時(shí)(20fps)的深度感知系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示我們的方法可以在精度與速度之間達(dá)到一個(gè)良好的平衡。
　　

4、本文還提出了一種新穎的相位移動(dòng)方法來(lái)滿足快速、高精度且無(wú)含混的深度感知的需要。這種方法的基本思路是在三張相位移動(dòng)條紋模板當(dāng)中嵌入同樣的散斑信號(hào)。加入的散斑信號(hào)并不會(huì)降低條紋的幅度和使用的頻率，但卻將幫助我們消除相位含混，即解決相位展開(kāi)。通過(guò)一個(gè)魯棒的依賴于散斑的逐區(qū)域投票策略，我們可以最終得到絕對(duì)深度。我們使用的是理論上最少的三張相位移動(dòng)條紋模板，這有利于在延時(shí)要求較嚴(yán)格的情況下對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行深度感知。此外，本文提出的方法由于使用了高頻的條

5、紋，還可以抵抗全局光照的影響。我們基于提出的方法開(kāi)發(fā)了一套實(shí)時(shí)、高精度的深度感知系統(tǒng)。
　　我們認(rèn)識(shí)到基于ToF技術(shù)的深度相機(jī)與結(jié)構(gòu)光領(lǐng)域的相位移動(dòng)技術(shù)(PS)有著互補(bǔ)的優(yōu)缺點(diǎn)。ToF深度相機(jī)可以提供實(shí)時(shí)的深度信息，但是受限于分辨率并且易受噪聲的影響。而PS深度相機(jī)可以生成精準(zhǔn)且魯棒的高分辨率深度信息，但它的多模板特性也使得延遲很高。本文提出了一種新的融合ToF深度相機(jī)與PS深度相機(jī)深度輸出的方法。其基本思想是用ToF相機(jī)輸出的粗