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OpenCV结构光三维重建类cv::structured_light::GrayCodePattern

news 2025/8/22 6:29:29

操作系统：ubuntu22.04
OpenCV版本：OpenCV4.9
IDE:Visual Studio Code
编程语言：C++11

算法描述

cv::structured_light::GrayCodePattern 是 OpenCV 库中用于结构光三维重建的一个类，属于 OpenCV 的 structured_light 模块。
它用于生成和解码格雷码（Gray Code）图案，广泛应用于 3D 扫描、深度重建、物体表面形状获取等领域。

主要功能

生成一组黑白格雷码图像（水平 + 垂直）
对相机拍摄的变形格雷码图像进行解码
输出每个像素的“水平”和“垂直”编码值（即像素在投影图案中的唯一编码）
可用于计算相机与投影仪之间的像素对应关系（correspondence）

常用成员函数

函数	说明
static Ptr create(Size size);	创建一个格雷码图案生成器，size 是投影图像的分辨率（如 1024x768）
bool generate(std::vector& pattern);	生成格雷码图案序列，输出为一组二值图像（黑白）
bool decode(InputArrayOfArrays patternImages, OutputArray disparity, InputArrayOfArrays whiteImages=noArray(), InputArrayOfArrays blackImages=noArray(), InputArray mask=noArray());	解码拍摄的格雷码图像序列，输出视差图（disparity）或编码图
int getWidth() const;	获取图案宽度
int getHeight() const;	获取图案高度

使用流程（典型结构光系统）

一个典型的结构光 3D 扫描系统包括：

一台投影仪（Projector）：投射格雷码图案
一台相机（Camera）：拍摄被物体变形后的图案
一台计算机：运行 OpenCV 处理图像

步骤：

生成格雷码图案

cv::Ptr<cv::structured_light::GrayCodePattern> grayPattern = cv::structured_light::GrayCodePattern::create(cv::Size(1024, 768));std::vector<cv::Mat> patternImages;
grayPattern->generate(patternImages);  // 生成 ~20 张黑白图像

依次投影图案，并用相机拍摄
- 投影第 i 张图 → 相机拍摄第 i 张变形图 → 存入 capturedImages[i]
解码拍摄的图像

cv::Mat disparity;
bool success = grayPattern->decode(capturedImages, disparity);
if (success) {
// disparity 包含每个像素的水平编码值（可用于 3D 重建）
}

结合相机标定、投影仪标定，计算三维点云

📌 注意事项

disparity 图实际上是水平方向的编码值，类似于“相位”，可用于匹配相机和投影仪的像素。
通常还需要配合正弦条纹（Phase Shift）方法进行亚像素级精度提升。
structured_light 模块在 OpenCV 3.0+ 引入，需编译时启用 opencv_contrib 模块。
必须安装 opencv-contrib，否则无法使用该类！

应用场景

工业零件三维扫描
人脸识别与建模
医疗三维成像
虚拟现实内容生成

示例代码

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <opencv2/structured_light.hpp>int main()
{int width    = 1024;int height   = 768;auto pattern = cv::structured_light::GrayCodePattern::create( width, height );std::vector< cv::Mat > images;pattern->generate( images );// 保存所有图案for ( size_t i = 0; i < images.size(); ++i ){cv::imwrite( "pattern_" + std::to_string( i ) + ".png", images[ i ] );}return 0;
}