基于一維信息的高效專用投影機制造技術

基于一維信息的高效專用投影機，本實用新型專利技術涉及結構光成像領域，其旨在解決現有結構光三維成像系統存在同步性不能滿足高速應用要求，無法為所用到的編碼圖像提供高速投影，并且還存在應用魯棒性差、處理靈活度低和投影效率偏低等技術問題。該實用新型專利技術主要包括微控制單元與投影系統，投影系統受微控制單元驅動；所述的微控制單元，包括圖像解析單元、處理器和像素電極；所述的處理器，包括第一擴展模塊和第二擴展模塊。本實用新型專利技術用于灰度值具有規律性特征編碼圖像的結構光成像。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及結構光成像領域，具體涉及基于一維信息的高效專用投影機。
技術介紹
結構光三維成像的技術流程是電腦控制投影機在投出一系列編碼圖像時，相機同步捕捉回這些編碼圖像并發送給電腦處理。流程圖如圖1所示。對于結構光三維成像所用到的編碼圖像，大多數用到的是有特點的二維圖像(它們特點是在行(列)上灰度值相等而在列(行)上灰度值呈規律性變化)，例如相位輪廓測量術(PhaseMeasuringProfilometry，PMP)。這種編碼圖像可以表示為：In(xp,yp)＝Ap+Bpcos(2πfyp-2πn/N)(1)Ap、Bp是自定義系數，f是被投射的正弦波空間頻率，(xp,yp)是投影機中的坐標，n相移系數，In是像素點(xp,yp)上第n幀被投射光柵的光強。然而，目前市場上對于這類編碼圖像的投影全是采用市場上通用的商業投影儀或者空間光調制直接成像技術，現有投影技術對于編碼圖像的投影都是按如圖2所示的方式進行的：從第一個點起，按行逐點顯示圖像每一個像素點的灰度值，在投影機的微程序控制器(MicroprogrammedControlUnit，MCU)中建立圖像灰度值和像素電極一一對應關系，通過對應關系依行逐點控制像素電極顯示對應值，這種圖像讀取和顯示形式對于編碼圖像來說不太適用，編碼圖像在行或者列上灰度值相同，每次讀取和建立對應關系就會顯得重復。這種重復性對該類圖像的投影在速度上就達不到專用級要求，且這種重復性可以避免。對于上述結構光三維成像領域所用到的編碼圖像，市場上沒有針對性的專用投影機，用的都是商業投影機，商業投影機對這些編碼圖像的投影采用的依舊是按行逐點顯示投影，達不到高速和應用同步性的要求。
技術實現思路
針對上述現有技術，本專利技術目的在于提供基于一維信息的高效專用投影機，其旨在解決現有結構光三維成像系統存在同步性不能滿足高速應用要求，無法為所用到的編碼圖像提供高速投影，并且還存在應用魯棒性差、處理靈活度低和投影效率偏低等技術問題；此外，本專利技術為結構光成像提出一種全新的實現思路，具體地，根據編碼圖像的灰度值矢量規律性特點，在成像起點采樣環節和成像前端投影環節，利用最少采樣和數據擴展思想，對現有系統的處理方案與技術進行革新，獲得高效、高同步性的成像系統。本專利技術對特征或規律性編碼圖像的恢復產生技術啟示。為達到上述目的，本專利技術采用的技術方案如下：基于一維信息的高效專用投影機,包括微控制單元與投影系統，投影系統受微控制單元驅動；所述的微控制單元，包括圖像解析單元、處理器和像素電極；所述的處理器，包括第一擴展模塊和第二擴展模塊；所述的圖像解析單元輸出編碼圖像單行或單列采樣信號至第一擴展模塊和/或第二擴展模塊；所述的第一擴展模塊和/或第二擴展模塊輸出同步整行或同步整列控制信號至像素電極。上述方案中，所述的微控制單元還連接有能夠輸出編碼圖像的圖像外設；所述的圖像外設，包括電荷耦合器件，相機和/或圖像傳感器。上述方案中，所述的圖像解析單元，包括解碼器或編解碼器。上述方案中，所述的圖像外設，設置有兼容解碼器或編解碼器的數據接口。上述方案中，所述的第一擴展模塊，包括行投影和列投影的信號處理電路；所述的第二擴展模塊，包括像素條投影的信號處理電路。上述方案中，所述的微控制單元，選用可編程式。所述的圖像解析單元對編碼圖像解析，進行灰度值掃描并輸出具有規律性變化灰度值的采樣行信號或采樣列信號；根據對編碼圖像掃描的灰度值特點，所述的圖像解析單元自動選擇所述的第一擴展模塊或所述的第二擴展模塊，并將所述的采樣行信號或所述的采樣列信號輸出至對應其選擇的擴展模塊；被選擇的擴展模塊對所述的采樣行信號或所述的采樣列信號進行行擴展或列擴展處理，并對應輸出具有同步整行或整列灰度值特點的控制信號至所述的像素電極；根據所述的控制信號，所述的像素電極對投影系統進行直接驅動，完成目標圖像投影。在完成目標圖像投影的同時，所述的微控制單元接收所述投影系統的反饋信號，并生成關于投影狀態的同步觸發信號。所述的圖像解析單元，對編碼圖像的行或列進行一維類似和擴展寬度信息進行解析。所述的第一擴展模塊，其字節擴展方式包括行擴展投影和列擴展投影，在字節擴展后，一維類似矢量每一數據點所生成的控制信號分別對應控制的整行或整列像素電極。所述的第二擴展模塊，進行像素條投影；根據輸入的采樣行信號或采樣列信號，所述的第二擴展模塊將一行或一列像素電極的控制信號均歸并為該行或該列中一個像素點控制信號，再依行序和列序形成像素條控制信號并將其輸出至所述的像素電極；所述投影系統再根據所述像素電極的驅動，控制其顯示模塊立即以像素條的形式顯示并投影。與現有技術相比，本專利技術有益效果：(1)顯著突出地并實質進步地，加入了圖像解析模塊、擴展模塊和像素條投影，改變了外設和投影儀之間按行依次掃描的數據傳送方式，使目標圖像全部轉化成一維的矢量，成倍的減少了數據傳輸量和投影花費的時間，達到高速投影的目的；(2)利用可編程微控制單元的投影觸發信號，可以提供一個完全同步的信號，使目標圖像的投影和捕獲在時間節點上無縫連接，達到投影過程編程可控目的。(3)根據投影機預留的同步觸發信號，實現了投影、圖像捕獲的完全同步可控，用戶也可以根據自己需要的投影速度設置相應的投影頻率。附圖說明附圖1結構光三維成像工作示意圖；附圖2投影機投影原理示意圖，其中(a)為原始圖像、(b)為圖像灰度值模式且(c)為圖像投影原理圖；附圖3AN×1×B1×M等價效果圖；附圖4投影機的結構示意圖；附圖5圖像擴展示意圖；附圖6像素條投影示意圖；附圖7編碼圖像示例圖；附圖8矩陣示意圖。具體實施方式本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。下面結合附圖對本專利技術做進一步說明：給定一幅常規被投影的編碼圖像G(m,n)，大小為M×N，灰度級在L(0≤L≤255)范圍內。圖像是M×N維的數組矩陣，對于該圖像，它在行分量上灰度值不變的，現有投影技術對于這種圖像的處理是建立每一個點的對應關系，在像素電極中對應顯示每一點的灰度值，上述意味著圖像在行灰度值相等的情況下，每個點的值都要被掃描、判斷一次，在行分量上除了第一個點外，在后面每次裝載都是重復操作，每一行的灰度值都有N-1次的操作是重復的，對于一幅M×N的圖像就會重復(M-1)×(N-1)次，顯然這種重復性質的操作就顯得很不合理。下面的例子可以更加清晰的證明這點，圖3中a圖是目標投影圖像(左側)，它和b圖(右側)的表達式是等價的，在投影機中，a圖是b圖A、B兩矩陣的相乘后的顯示效果，即AN×1×B1×M，可以看出在B陣中所有元素是相同的，顯然只需要對A陣的灰度值加以擴展之后在像素電極中顯示就能達到一樣的投影效果。只需要傳送這類編碼圖像規律變化的單行(列)加以擴展后投影就能完成對整個編碼圖像的投影。將目標圖像中行分量上灰度數值相等的全部點M1(X11,…，X1i,…，X1(n-1),X1n)提取其中一點X11，整幅二維編碼圖像就能包含在一個一維矢量中MA(X11,X21,…，Xi1,…，X(n-1)1,Xn1),MA即包含了整幅圖像的灰度值。對于目標編碼圖像，在被投影時直接讀取規律變化的單行即可。投影機MCU只需要建立MA和本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于一維信息的高效專用投影機,其特征在于，包括微控制單元與投影系統，投影系統受微控制單元驅動；所述的微控制單元，包括圖像解析單元、處理器和像素電極；所述的處理器，包括第一擴展模塊和第二擴展模塊；所述的圖像解析單元輸出編碼圖像單行或單列采樣信號至第一擴展模塊和/或第二擴展模塊；所述的第一擴展模塊和/或第二擴展模塊輸出同步整行或同步整列控制信號至像素電極。

【技術特征摘要】
1.基于一維信息的高效專用投影機,其特征在于，包括微控制單元與投影系統，投影系統受微控制單元驅動；所述的微控制單元，包括圖像解析單元、處理器和像素電極；所述的處理器，包括第一擴展模塊和第二擴展模塊；所述的圖像解析單元輸出編碼圖像單行或單列采樣信號至第一擴展模塊和/或第二擴展模塊；所述的第一擴展模塊和/或第二擴展模塊輸出同步整行或同步整列控制信號至像素電極。2.根據權利要求1所述的基于一維信息的高效專用投影機，其特征在于，所述的微控制單元還連接有能夠輸出編碼圖像...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉凱，王江，
申請(專利權)人：四川大學，
類型：新型
國別省市：四川;51