本文作者：颯白
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一 單目結(jié)構(gòu)光編碼目的

類似于雙目，如果把投影儀看成一個(gè)逆相機(jī)，直到空間中的一點(diǎn)成像平面的位置，就可以知道空間中一點(diǎn)的坐標(biāo)。

編碼的目的：知道打在物體物體表面的光是從投影儀的那個(gè)像素發(fā)出來的，就知道在投影儀的虛擬成像位置。

二 格雷碼的編碼與解碼

2.1 格雷碼vs二進(jìn)制碼

格雷碼是一種二進(jìn)制碼，最大的特點(diǎn)是相鄰格雷碼編碼只有一位不同。

所以格雷碼解碼更穩(wěn)定，相對(duì)不容易出錯(cuò)。

體現(xiàn)在

• 明暗交接處變換更少：

對(duì)于格雷碼來說，明暗交接處變換更少，如圖所示二進(jìn)制下部有7次變換，而格雷碼只有4次。黑白交接的影響主要是在解碼上，解碼很重要的環(huán)節(jié)就是二值化，一般情況下全黑和全亮是不容易出錯(cuò)的，因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中投影交界處是漸變的，閾值很難確定(還有物體邊緣的影響)。

• 最細(xì)的條紋寬度更寬

在相機(jī)對(duì)焦外，可能投影會(huì)糊掉，所以條紋越寬越不容易糊掉。

2.2 編解格雷碼

如果單純的編制一張圖片的話很簡單，如上一節(jié)圖所示，最低一行(最后一位)變化為0110周期，第二行為0011100周期，第三行為0000111111110000周期(2的指數(shù)級(jí)增長)。

二進(jìn)制碼->格雷碼

1.對(duì)n位二進(jìn)制的碼字，從右到左，以0到 n-1編號(hào)

2.如果二進(jìn)制碼字的第i位和i+1位相同，則對(duì)應(yīng)的格雷碼的第i位為0，否則為1

格雷碼->二進(jìn)制碼

從左邊第二位起，將每位與左邊一位解碼后的值異或，作為該位解碼后的值（最左邊一位依然不變）。依次異或，直到最低位。依次異或轉(zhuǎn)換后的值就是格雷碼轉(zhuǎn)換 后的二進(jìn)制值。

以十進(jìn)制數(shù)6為例，格雷碼->二進(jìn)制碼

第一位不變： 1

第二位（0）與第一位解碼后的值（1）異或：1

第三位（1）與第二位解碼后的值（1）異或：0

三 圖片二值化方法

前提條件：每個(gè)在投影儀照射范圍的點(diǎn)都至少需要經(jīng)歷一次明暗變換，即總要能找到一張圖該位置為 0，另一張圖該位置是1

實(shí)現(xiàn)方法：

方法一： 增加兩張圖， 一張全黑圖，一張全亮圖

方法二： 去除全0和全1的編碼 ，讓每個(gè)編碼至少含有一個(gè)0和一個(gè)1(不建議，可能會(huì)破壞格雷碼穩(wěn)定性)

二值化方法：

對(duì)于每個(gè)像素，計(jì)算其在整個(gè)時(shí)間序列（一組）下的最大值和最小值，然后對(duì)當(dāng)前圖片像素二值化就 是計(jì)算出一個(gè)如上式所示的閾值，閾值大于0.5的時(shí)候則為1，小于0.5則為0。

四 其他離散型編碼

在某些場景下，由于物體材質(zhì)的原因，格雷碼效果不好；物體受到全局光照影響特別大；

全局光照對(duì)解碼影響：解碼錯(cuò)誤

解決思路：

不同的全局光，對(duì)不同頻率的編碼光影響不同。

1 高頻光適合 （long range effect): 內(nèi)反射， 漫反射

有可能第一行右邊亮的地方點(diǎn)亮左邊暗的地方，所以需要更密集的投射如下：

2 低頻光適合 （short range effect): 下表面反射(影響臨近的點(diǎn))

低頻光因?yàn)橛绊懪R近，所以最好是越低頻越好，如下：

其實(shí)相對(duì)來說格雷碼最穩(wěn)定，而上面這種方法會(huì)生成過多的圖片，會(huì)對(duì)點(diǎn)云幀率有所影響。

參考論文： Structured Light 3D Scanning in the Presence of Global Illumination

五 總結(jié)

格雷碼編解碼流程：

特殊應(yīng)用場景：

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