结构光三维重建学习笔记

所以，格雷码的生成步骤：产生0,1两个字符串；0、1 在第一步基础上：每个字符串前都+0->0+0、0+1 翻转首个元素，其余对称：1+1、1+0 最终：00、01、11、10 在上一步基础上：每个字符串前都+0->0+00、0+01、0+11、0+10 翻转首字符，其余对称：1+10、1+11、1+01、1+00 最终：000、001、011、010、110、111、101、100 之后递归即可！我们用C++代码来实现一下，采用递归的形式：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <cassert>
using namespace std;vector<string> GrayCode(int n) {if (n < 1) {cout << "格雷码数量必须大于0" << endl;assert(0);} else if (n == 1) {vector<string> code;code.emplace_back("0");code.emplace_back("1");return code;} else {vector<string> code;vector<string> code_pre = GrayCode(n - 1);for (int idx = 0; idx < code_pre.size(); ++idx) {code.push_back("0" + code_pre[idx]);}for (int idx = int(code_pre.size() - 1); idx >= 0; --idx) {code.push_back("1" + code_pre[idx]);}return code;}
}int main()
{int n = 4;vector<string> gray_code = GrayCode(n);for (auto &g : gray_code){cout << g << endl;}
}

二进制转格雷码编码

<int> GrayCode2(int n){int count = 1 << n;vector<int> res(count,0);for(int i = 1 ; i < count; i ++){int bin = i,cur = bin >> (n - 1);for(int k = n - 1;k > 0;k --)cur = (cur << 1) + (((bin >> k) & 1) ^ ((bin >>(k - 1)) & 1));res[i] = cur;}return res;
}
vector<int> gray_code2 = GrayCode2(n);for (auto &g : gray_code2){cout << (bitset<n>)g << endl;}

3.1 投影图案生成

结合格雷码生成和编码图，这段代码就很好写了，我们来写一下，这回我们用Python来写（人生苦短！）：

import cv2
import numpy as npclass GrayCode:codes = np.array([])k2code = {}k2v = {}           v2k = {}def __init__(self, n:int=3):self.n = nself.codes = self.__creatCode(self.n)# 从k（idx）转换到格雷码for k in range(2**n):self.k2code[k] = self.__k2code(k)# 从格雷码转换到vfor k in range(2 ** n):self.k2v[k] = self.__k2v(k)# 从v转换到k（idx）for k, v in self.k2v.items():self.v2k[v] = kdef toPattern(self, idx:int, cols:int = 1280, rows:int = 800):assert (idx >= 0)row = self.codes[idx, :]one_row = np.zeros([cols], np.uint8)assert (cols % len(row) == 0)per_col = int(cols / len(row))for i in range(len(row)):one_row[i * per_col : (i + 1) * per_col] = row[i]pattern = np.tile(one_row, (rows, 1)) * 255return patterndef __creatCode(self, n:int):code_temp = GrayCode.__createGrayCode(n)codes = []for row in range(len(code_temp[0])):c = []for idx in range(len(code_temp)):c.append(int(code_temp[idx][row]))codes.append(c)return np.array(codes, np.uint8)def __k2code(self, k):col = self.codes[:, k]code = ""for i in col:code += str(i)return codedef __k2v(self, k):col = list(self.codes[:, k])col = [str(i) for i in col]code = "".join(col)return int(code, 2)@staticmethoddef __createGrayCode(n:int):if n < 1:print("输入数字必须大于0")assert (0);elif n == 1:code = ["0", "1"]return codeelse:code = []code_pre = GrayCode.__createGrayCode(n - 1)for idx in range(len(code_pre)):code.append("0" + code_pre[idx])for idx in range(len(code_pre) - 1, -1, -1):code.append("1" + code_pre[idx])return codeif __name__ == '__main__':n = 8g = GrayCode(n)print("code")print(g.codes)print("\nk -> code")print(g.k2code)print("\nk -> v")print(g.k2v)print("\nv -> k")print(g.v2k)for i in range(n):pattern = g.toPattern(i)title = str(i) + "-img"cv2.imshow(title, pattern)cv2.waitKey(0)cv2.destroyWindow(title)


```python```python```python```python```python
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']  # 用来正常显示中文标签
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False    # 用来正常显示负号def phase_simulation(WIDTH, T1, T2, T3):pha1, pha2, pha3 = np.zeros(shape=WIDTH), np.zeros(shape=WIDTH), np.zeros(shape=WIDTH)t1, t2, t3 = 1, 1, 1for idx in range(WIDTH):if t1 > T1: t1 = 1  # 重置一下pha1[idx] = (t1 / T1) * 2 * np.piif t2 > T2: t2 = 1pha2[idx] = (t2 / T2) * 2 * np.piif t3 > T3: t3 = 1pha3[idx] = (t3 / T3) * 2 * np.pit1 += 1; t2 += 1; t3 += 1return pha1, pha2, pha3def parse_phase(pha1, pha2, T1, T2):pha12 = np.zeros_like(pha1)# 计算Delta（如果满足条件，输出左侧，否则右侧）pha12 = np.where(pha1 >= pha2, pha1 - pha2, pha1 - pha2 + 2 * np.pi)# # 跟下面这段代码等价# for idx in range(0, pha12.shape[0]):#     if pha1[idx] >= pha2[idx]:#         pha12[idx] = pha1[idx] - pha2[idx]#     else:#         pha12[idx] = pha1[idx] - pha2[idx] + 2 * np.piT12 = T1 * T2 / (T2 - T1)# 方法1pha12 = T2 / (T2 - T1) * pha12# # 方法2# m = np.round((T2 / (T2 - T1) * pha12 - pha1) / (2 * np.pi))# pha12 = 2 * np.pi * m + pha12# 归一化到[0，2π]min_value, max_value = np.min(pha12), np.max(pha12)pha12 = (pha12 - min_value) * (2 * np.pi / (max_value - min_value))return pha12, T12if __name__ == '__main__':# 视场宽度WIDTH = 854# 条纹周期T1 = 11T2 = 12T3 = 13pha1, pha2, pha3 = phase_simulation(WIDTH, T1, T2, T3)X = np.arange(0, WIDTH)plt.plot(X, pha1, label="pha1")plt.plot(X, pha2, label="pha2:")plt.plot(X, pha3, label="pha3")plt.title("相移主值图（仿真）")plt.xlabel("像素")plt.ylabel("w/rad")plt.legend()plt.show()# 解相位pha12, T12 = parse_phase(pha1, pha2, T1, T2)pha23, T23 = parse_phase(pha2, pha3, T2, T3)pha123, T123 = parse_phase(pha12, pha23, T12, T23)plt.plot(X, pha12, label="pha12")plt.plot(X, pha23, label="pha23")plt.plot(X, pha123, label="pha123")plt.title("解出绝对相位")plt.xlabel("像素")plt.ylabel("w/rad")plt.legend()plt.show()

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