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利用 散斑获取深度图

张绍阳,侯旭阳,崔华,高小梅

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张绍阳, 侯旭阳, 崔华, 高小梅. 利用 散斑获取深度图[J]. , 2016, 9(6): 633-641. doi: 10.3788/CO.20160906.0633
引用本文: 张绍阳, 侯旭阳, 崔华, 高小梅. 利用 散斑获取深度图[J]. , 2016, 9(6): 633-641.doi:10.3788/CO.20160906.0633
ZHANG Shao-yang, HOU Xu-yang, CUI Hua, GAO Xiao-mei. Depth image acquisition using laser speckle[J]. Chinese Optics, 2016, 9(6): 633-641. doi: 10.3788/CO.20160906.0633
Citation: ZHANG Shao-yang, HOU Xu-yang, CUI Hua, GAO Xiao-mei. Depth image acquisition using laser speckle[J].Chinese Optics, 2016, 9(6): 633-641.doi:10.3788/CO.20160906.0633

利用 散斑获取深度图

doi:10.3788/CO.20160906.0633
基金项目:

中央高校基本科研业务费资助项目(自然科学类)No.310824152009

详细信息
    通讯作者:

    张绍阳(1971-),男,山西襄汾人,博士后,教授,硕士生导师,主要从事交通信息工程、软件技术及理论、模式识别等方面的研究。E-mail:zhsy@chd.edu.cn

  • 中图分类号:TP391.4

Depth image acquisition using laser speckle

Funds:

Supported by Basic Scientific Research Projects(Natural Sciences) of Central Universities of ChinaNo.310824152009

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  • 摘要:相对于普通灰度和彩色二维图像,深度图像可以得到物体的三维信息,使视觉识别和人机交互更加智能。国内外目前还没有低成本、公开的实时获取高质量深度图的方法。本文在对散斑图获取深度图原理研究的基础上,采取 散斑的方式,运用块匹配的方法给出了一种大范围深度图的获取方法。首先,从原理上验证了块匹配方法的可行性;然后,分别从理论和实验两个方面对深度图的计算公式进行了推导和验证;再次,对深度图恢复过程进行了详细叙述,包括散斑图像的预处理和块匹配的过程;最后,给出了运用该块匹配方法得到的实验数据。实验结果表明,本文方法在物体距离相机50 cm左右时精度可以达到5 mm,200 cm时精度可以达到5 cm,可以满足室内大部分对象的识别要求。

  • 图 1散斑图获取示意图

    Figure 1.Schematic diagram of laser speckle′s acquisition

    图 2同一平面点(768,450) 与整幅图互相关系数三维图

    Figure 2.Cross-correlation coefficient′s 3D graph of the same plane′s point(768,450) and the whole image

    图 3不同平面点(768,450) 与整幅图互相关相关系数三维图

    Figure 3.Cross-correlation coefficient′s 3D graph of the different plane′s point (768,450) and the whole image

    图 4光路几何图

    Figure 4.Geometric graph of light path

    图 5实际测量到的深度与像素横向偏移量关系曲线

    Figure 5.Curve of measured depth vs. pixel′s crosswise offset

    图 6公式计算到的深度与像素横向偏移量关系曲线

    Figure 6.Curve of depth computed with formula vs. pixel′s crosswise offset

    图 7局部自适应二值化图

    Figure 7.Local adaptive binary image

    图 8剔除后的散斑二值化图

    Figure 8.Speckle binary image after excluding isolated points

    图 9单点散斑图

    Figure 9.Single points speckle image

    图 10参考图与测试图异或区域示意图

    Figure 10.Schematic diagram of reference image and test image′s xor area

    图 11匹配到的异或图

    Figure 11.Matched Xor image

    图 12未匹配到的异或图

    Figure 12.Unmatched Xor image

    图 13不同距离亮斑图

    Figure 13.Bright speckle image at different distances

    图 14测试散斑图和计算出的深度图

    Figure 14.Test speckle image and the computed depth image

    图 15斜面深度图

    Figure 15.Depth image with inclined plane

    图 16斜面中一行的曲线图

    Figure 16.Curve of graphone row in inclined plane

    表 1深度与横向偏移量关系

    Table 1.Relation of depth and crosswise offset

    深度/m 横向偏移/pixel 纵向偏移/pixel 深度/m 横向偏移/pixel 纵向偏移/pixel 深度/m 横向偏移/pixel 纵向偏移/pixel 深度/m 横向偏移/pixel 纵向偏移/pixel
    0.5 58.87 -0.82 0.9 5.99 0.26 1.3 -13.18 1.10 1.7 -25.17 1.16
    0.6 39.22 -0.42 1.0 0 0 1.4 -16.52 1.36 1.8 -24.97 0.86
    0.7 24.62 0 1.1 -3.69 0.43 1.5 -19.88 1.49 1.9 -28.23 0
    0.8 14.84 0.17 1.2 -8.80 0.75 1.6 -23.89 1.68 2.0 -28.71 0.75
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    表 2实际深度与计算出的深度对比

    Table 2.Comparison of real depth and computed depth

    实际深度/cm 测量深度/cm 实际深度/cm 测量深度/cm 实际深度/cm 测量深度/cm 实际深度/cm 测量深度/cm
    50 49.5 90 88.07 130 128.48 170 172.09
    60 58.27 100 100 140 140.72 180 183.23
    70 69.00 110 109.09 15 149.97 190 192.00
    80 79.12 120 119.97 160 161.04 200 205.94
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出版历程
  • 收稿日期:2016-06-22
  • 修回日期:2016-07-18
  • 刊出日期:2016-12-01

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