CN103985151A - 移动设备中形成三维图像的数据采集处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在移动设备中形成三维图像的数据采集处理方法及装置通过移动设备的相机模块对物体的多个表面进行扫描拍摄得到各表面对应三维坐标中各数轴的视频；由加速度模块在扫描拍摄期间获取移动设备沿物体各表面移动时对应各表面的三维坐标数据；图像合成模块基于三维坐标数据对拍到的视频中各帧图像内物体的相应空间点进行合成得到物体的三维图像；数据处理模块将物体的三维图像转换为3D打印机支持直接打印的标准格式文件输出。本发明有效简化了操作，节省了3D建模的人工和技术成本，便于3D打印技术的推广普及，满足人们的个性化需求。

Description

移动设备中形成三维图像的数据采集处理方法及装置

技术领域

本发明涉及移动设备上一种特殊的拍摄及数据处理方法及装置，特别涉及一种移动设备中形成三维图像的数据采集处理方法及装置。

背景技术

人类的立体视觉关键源于双眼的视差。实际上，单只眼睛只能看到物体的二维图像，能够辨别出它的高和宽（即三维坐标的Z，X值），而无法识别它的深度（即三维坐标中的Y值）。 人类的两眼看同一物体的时候，由于所处的角度略微不同，两只眼睛看到的图像所形成的两幅图像略有差别，大脑会将两幅图综合起来，产生有深度的感觉，形成一幅立体的画面。

3D打印技术是一种以数字模型文件为基础，几乎可以直接制造任意形状三维实体的技术。随着计算机科学技术与立体视觉技术的不断发展，3D打印技术不再局限于模具制造、工业设计等领域，也在汽车、航空航天、土木工程、医疗器械等领域快速发展。3D打印技术改变了原来传统的机械制造手段，为设计者提供更为快捷的途径，和更为自由的发挥空间。但目前市场上的3D建模软件比较复杂，后期制作需要非常高超的专业技巧和成本，所以很难普及开来。

现在市场上的3D打印环节比较繁琐，必须使用PC机等设备对需要打印的物体进行数学建模。建模软件比较复杂，需要有专业的人士去操作，后期制作和时间的花费都比较大，而且目前一些主流的建模工具都不能直接用于3D打印还必须需要转换工具转换成3D打印机支持的标准文件格式之后才可以用于打印。由于缺乏在普及率较广的移动设备上实现对物体三维建模的方法，使得这种实惠的3D打印技术还得不到推广普及，难以满足人们越来越突出的个性化需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种在移动设备中形成三维图像的数据采集处理方法及装置，基于对物体二维图像的扫描拍摄，合成处理得到物体的三维图像，并输出可以直接在3D打印机上打印的标准文件格式，省去在PC机上进行建模的繁琐过程。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供一种在移动设备中形成三维图像的数据采集处理方法，使移动设备中工作在录像模式下的相机模块，分别对着物体的多个表面进行扫描拍摄；

扫描拍摄期间移动设备沿着物体各表面移动时，通过移动设备的加速度模块获取物体各表面的三维坐标数据；

由移动设备的图像合成模块根据加速度模块获得的三维坐标数据，对相机模块拍到的视频的各帧图像内物体的相应空间点进行合成，得到物体的三维图像；

由移动设备的数据处理模块将物体的三维图像转换成3D打印机支持直接打印的标准格式文件输出。

可选地，对物体的任意一个表面进行扫描拍摄时，所述移动设备分别沿着该表面三维坐标中的每个数轴进行移动，移动过程中通过相机模块拍摄视频。

可选地，对物体的任意一个表面进行扫描拍摄时，所述加速度模块对移动设备沿着物体该表面上三维坐标的每个数轴移动的绝对距离进行采集及记录。

可选地，进一步通过所述相机模块对物体上有差异的二维表面进行图片拍摄，再由图像合成模块根据拍到的图片对三维图像中与该二维表面对应的切面进行比对微调。

可选地，所述数据处理模块输出的标准格式文件是STL文件。

本发明的另一个技术方案是提供一种在移动设备中形成三维图像的数据采集处理装置，其包含设置在移动设备中的以下部件：

相机模块，在录像模式下对物体的多个表面进行扫描拍摄得到各表面对应三维坐标中各数轴的视频；

加速度模块，在扫描拍摄期间获取移动设备沿物体各表面移动时对应各表面的三维坐标数据；

图像合成模块，基于三维坐标数据对拍到的视频中各帧图像内物体的相应空间点进行合成，得到物体的三维图像；

数据处理模块，将物体的三维图像转换为3D打印机支持直接打印的标准格式文件输出。

与现有技术相比，本发明提供的在移动设备中形成三维图像的数据采集处理方法及装置，其优点在于：本发明对3D成像技术进行深度充分挖掘，利用移动设备的相机在三维空间获取N个二维图片，并且借助移动设备的加速度传感器的功能，将三维空间各个空间点的数据进行采集，处理合成一个三维的图像。并且可以用二维的图像去纠正和优化三维的图像。最后将所得的三维图像进行转换，生成可以直接用于3D打印的文件格式。本发明有效简化了操作，节省了3D建模的人工和技术成本，便于3D打印技术的推广普及，满足人们的个性化需求。

附图说明

图1、图2是本发明中对物体扫描拍摄的示意图；

图3是本发明中所述形成三维图像的数据采集处理装置的结构示意图；

图4是本发明中所述形成三维图像的数据采集处理方法的流程图。

具体实施方式

本发明提供一种在移动设备中形成三维图像的数据采集处理方法及装置。如图3所示，所述数据采集处理装置，包含：相机模块1、加速度模块2、图像合成模块3、数据处理模块4。其中，相机模块1可以是移动设备自带的摄像头，需配备有录像模式，用于对物体的多个表面进行扫描拍摄得到各表面对应数轴上的视频；加速度模块2可以是移动设备自带的加速度传感器（Gsensor传感器），用于在扫描拍摄期间获取物体三维坐标的数据。图像合成模块3基于三维坐标数据，对拍到的视频中各帧图像内物体相应的空间点进行合成，得到物体的三维图像。数据处理模块4用来将物体的三维图像转换为3D打印机支持直接打印的标准格式文件输出。

本发明中采用移动设备（例如智能手机、平板电脑等设备）的摄像头录像功能，同时配合加速度传感器将物体在XYZ轴上的数据进行记录采集，从而模拟出物体的三维图像，并生成可直接用于3D打印的数据文件。

如图1、图2、图4所示，本发明提供的数据采集处理方法，包含如下过程：

步骤101，开启移动设备中相机模块1的录像模式，同时也使加速度模块2启动。

步骤102，通过相机模块1对物体进行多方位扫描拍摄，期间由加速度模块2采集并记录物体每个表面三维坐标的XYZ轴数据；具体方法如下：

对于物体的每一个表面，都需要移动设备的相机模块1进行1）~3）项所述的移动及拍摄操作；

1）令移动设备相机模块1的镜头正对着这个表面，使该移动设备沿着空间的X轴移动（对于该表面来说相当于从左到右缓慢平移），对物体的这个表面进行录像；至少从物体的左边界拍摄到右边界之后停止移动及拍摄；

2）令移动设备相机模块1的镜头正对着这个表面，使该移动设备沿着空间的Z轴移动（对于该表面来说相当于从上到下缓慢平移），对物体的这个表面进行录像；至少从物体的上边界拍摄到下边界之后停止移动及拍摄；

3）更改移动设备相机模块1的镜头的朝向，令镜头对着这个表面的侧面，使该移动设备沿着空间的Y轴移动（对于该表面来说该移动设备相当于从远到近缓慢平移），并对物体这个表面的侧面进行录像；至少从物体的后边界拍摄到前边界（即所述侧面的两侧边界）之后停止移动及拍摄。

在对着物体任意一个表面移动的过程中，移动设备的加速度模块2都会记录下对应该表面XYZ数轴移动时的绝对距离。

如图1所示，是对物体正面（A面）三轴数据获取的示意图，先使相机模块1的镜头对着物体A面，进行1）~2）项的移动及拍摄操作，获取对应X1轴和Z1轴的视频和数据；后调整镜头的朝向，并将其移动至A面的右侧，进行3）项的移动及拍摄操作（在其他的示例中也可以是移动至A面的左侧），获取对应Y1轴的视频和数据。

如图2所示，是对物体背面（B面）三轴数据获取的示意图，先使相机模块1的镜头对着物体B面，进行1）~2）项的移动及拍摄操作，获取对应X2轴和Z2轴的视频和数据；后调整镜头的朝向，并将其移动至B面的右侧（在其他的示例中也可以是移动至A面的左侧），进行3）项的移动及拍摄操作，获取对应Y2轴的视频和数据。以类似步骤获取与该物体所有表面三个数轴对应的视频及数据。

可以理解到图1及图2中所示物体正面的三维坐标的X1轴及Y1轴的正方向，与该物体背面的三维坐标的X2轴及Y2轴的正方向相反；而物体正面的Z1轴与背面的Z2轴的正方向相同，则后续处理时能够据此将采集到的坐标数据信息整合到同一个坐标轴中。

另外，上述对于1）~3）项的描述并不是对物体表面沿各个坐标轴扫描拍摄顺序的限制；另外，在其他的实施例中，可以调整移动设备对着某个表面平移时的先后顺序，例如使移动设备从近到远，或从下到上，或从右到左移动，则可以调整所记录的各数轴的指向以适应实际的操作。

当然，可以对着物体的某一个表面或某一个数轴进行多次的摄录，或者还可以进一步使移动设备朝着物体的其他表面，分别重复1）~3）项的移动及拍摄操作，以获取更多的图像及数据信息，提升后续图像合成及数据处理时的精度。

步骤103，移动设备的图像合成模块3，根据加速度模块2获得的物体三维坐标数据（如各个表面XYZ数轴移动时的绝对距离等信息），对相机模块1拍到的各个表面二维图像上相应的空间点，拍到的相应数轴的视频进行单帧图像的对比、取舍、整合及重构、插值、自适应等动作，将其模拟成空间的三维图像。

如果认为所形成的三维图像和实际物体有明显的差异，可以进行误差纠正。使移动设备的相机模块1对着物体上有差异的二维表面进行拍摄，获得物体整体或某个局部位置的静态图片；再由图像合成模块3将拍到的图片与三维图像中与该二维表面对应的切面进行比对，根据图片对三维图像的对应切面进行微调。本发明在进行误差纠正时也可以对物体上某个二维表面拍摄多张图片来进行对比微调，以提升准确性。

步骤104，将图像合成模块3完成的三维图像发送至数据处理模块4，转换成3D打印机可直接读取并进行打印的标准格式文件，例如导出一种STL文件。一个具体示例中，移动设备的数据处理模块4是通过运行ViaCAD程序来实现上述功能。

综上所述，本发明提供的形成三维图像的数据采集处理方法及装置，借助移动设备的摄像头录像功能和加速度传感器功能，多方位扫描拍摄物体并对空间点的数据进行采集，使用二维图像对三维图像进行优化矫正，最后直接生成可以在3D打印机上进行打印的STL文件，有效简化操作，节省了3D建模的人工和技术成本，便于3D打印技术的推广普及，满足人们的个性化需求。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种在移动设备中形成三维图像的数据采集处理方法，其特征在于，

使移动设备中工作在录像模式下的相机模块，分别对着物体的多个表面进行扫描拍摄；

扫描拍摄期间移动设备沿着物体各表面移动时，通过移动设备的加速度模块获取物体各表面的三维坐标数据；

由移动设备的图像合成模块根据加速度模块获得的三维坐标数据，对相机模块拍到的视频的各帧图像内物体的相应空间点进行合成，得到物体的三维图像；

由移动设备的数据处理模块将物体的三维图像转换成3D打印机支持直接打印的标准格式文件输出。

2.如权利要求1所述的数据采集处理方法，其特征在于，

对物体的任意一个表面进行扫描拍摄时，所述移动设备分别沿着该表面三维坐标中的每个数轴进行移动，移动过程中通过相机模块拍摄视频。

3.如权利要求1所述的数据采集处理方法，其特征在于，

对物体的任意一个表面进行扫描拍摄时，所述加速度模块对移动设备沿着物体该表面上三维坐标的每个数轴移动的绝对距离进行采集及记录。

4.如权利要求1所述的数据采集处理方法，其特征在于，

进一步通过所述相机模块对物体上有差异的二维表面进行图片拍摄，再由图像合成模块根据拍到的图片对三维图像中与该二维表面对应的切面进行比对微调。

5.如权利要求1所述的数据采集处理方法，其特征在于，

所述数据处理模块输出的标准格式文件是STL文件。

6.一种在移动设备中形成三维图像的数据采集处理装置，其特征在于，包含设置在移动设备中的以下部件：

相机模块，在录像模式下对物体的多个表面进行扫描拍摄得到各表面对应三维坐标中各数轴的视频；

加速度模块，在扫描拍摄期间获取移动设备沿物体各表面移动时对应各表面的三维坐标数据；

图像合成模块，基于三维坐标数据对拍到的视频中各帧图像内物体的相应空间点进行合成，得到物体的三维图像；

数据处理模块，将物体的三维图像转换为3D打印机支持直接打印的标准格式文件输出。