3D Moire Scanner 개발 - sinusoidal 패턴 만들기

앞서 정리한 알고리즘을 적용하기 위해서는 각 frame별 물체에 의해 왜곡된 패턴이미지가 필요합니다. 그러기 위해서는 projector에 넣어줄 이미지를 먼저 만들어야 합니다. 이미지는 opencv를 이용하여 생성하였습니다.

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sinusoidal 패턴 수식 코딩하기

 

sinusoidal 패턴은 sin 또는 cos 어느 것을 선택해도 상관없습니다. 사용한 수식은 아래와 같습니다.

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위 수식을 C++을 이용해 함수로 바꾸어봤습니다.

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unsigned char GetCosineValue(const int& position, const int& wavelength_px, const int& shift_phase)
{
	float val = 255.f * cos((2.f * PI / (float)wavelength_px) * position - shift_angle) + 255.f;
	return (unsigned char)(val / 2.f);
}

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cos값의 범위는 -1 ~ 1까지입니다. 하지만 비트맵 이미지의 표현 범위는 0~ 255이므로 최대값이 255가 되게끔 스케일링을 해야 합니다. 그래서 진폭값에는 255를 곱했습니다. 이렇게 되면 값의 표현 범위는 -255 ~ 255까지가 됩니다. 비트맵 이미지는 음수값이 없으므로 initial value로 255를 더해줍니다. 그러면 값의 범위는 0 ~ 510이 되어서 return 시 2로 나눠주면 됩니다.

 

패턴 생성하기

 

위 함수는 하나의 픽셀값에 대한 결과를 반환하므로 원하는 사이즈의 패턴을 생성하기 위해서는 반복문을 사용해야 합니다.

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void MakeCosineDataY(const int& sizeX, const int& sizeY, const int& wavelength_px, const float& shift_angle, unsigned char* result)
{
	for (int y = 0; y < sizeY; y++)
	{
		unsigned char* r = &result[y*sizeX];
 
		for (int x = 0; x < sizeX; x++) // 단위는 픽셀
		{
			r[x] = GetCosineValue(y, wavelength_px, shift_angle);
		}
	}
}

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이렇게 하면 이미지 한 장에 대한 패턴이 만들어집니다. 원하는 이미지는 위상이 shift 된 4장의 이미지 이므로 shift_angle 인자로 90도씩 변하는 위상값을 대입해 주면 됩니다.(여기서 각도는 전부 라디안(radian)값으로 계산됩니다. 예를 들어 90도만큼 shift 하고 싶으면 라디안 값인 PI/2씩 증가시키거나 빼줍니다.)  다음은 최종 패턴을 생성하는 함수입니다.

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void SaveCosineYPatternImage(const int nFrame, const int sizeX, const int sizeY, const int wavelength_px, const char* Folder, const char* filename)
{
	std::vector<unsigned char> vecBuffer; vecBuffer.resize(sizeX*sizeY); //임시 버퍼
	float shift_angle = 0.f;
	for (int i = 0; i < nFrame; i++)
	{
		MakeCosineDataY(sizeX, sizeY, wavelength_px, shift_angle, &vecBuffer[i]); //한장의 패턴 이미지
		shift_angle += PI / 2.f; //90도씩 shift

		cv::Mat image(sizeY, sizeX, CV_8UC1, &vecBuffer[i]);
		std::string path = cv::format(Folder, filename, i + 1) + cv::format("\\%s%d.bmp", filename, i + 1); //경로 지정
		cv::imwrite(path, image); // 이미지 저장
	}
}

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위 함수를 사용하여 실제 패턴을 생성해 보겠습니다. 생성할 패턴은 크기가 1920 * 1080이고 파장은 100px입니다. 

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	int nFrame = 4;
	int wavelength_px = 100;
	int sizeX = 1920;
	int sizeY = 1080;
	const char* foldername = "D:\\3D 모아레 개발\\pattern";
	const char* filename = "cos_pattern_";
	SaveCosineYPatternImage(nFrame, sizeX, sizeY, wavelength_px, foldername, filename);

결과

4-frame pattern - 연속 촬영

 

4-frame pattern - 개별 이미지

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