CN104616287A - 一种用于3d图像采集与3d打印的移动终端及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D图像采集与3D打印的移动终端及方法，该终端包括：3D成像模块，用于获取左右格式的3D图像；3D图像处理模块，用于将左右格式的3D图像转换成3D打印机需要的截面图层；打印输出模块，用于连接3D打印机，输出3D打印所述截面图层的指令。与现有结构复杂而昂贵的3D扫描仪和计算机复杂软件建模的技术相比，本发明具有快捷、便携的特点，而且增加了移动终端和3D打印技术的经济实用性。

Description

一种用于3D图像采集与3D打印的移动终端及方法

技术领域

本发明涉及移动终端技术领域，特别是涉及一种用于3D图像采集与3D打印的移动终端及方法。

背景技术

3D(三维)打印技术作为一种快速成型技术，现已逐渐用于珠宝、工业设计、建筑、航天以及医疗、土木工程等领域产品的直接制造。目前3D打印过程是先使用建模软件在计算机中建立模型，再将建成的3D模型“分区”成逐层的截面，即切面，然后计算机连接3D打印机并控制打印材料按照截面信息一层层叠加起来，实现虚拟的3D图像转变成实物的过程。

常用的建模软件有3Dmax、Maya、Softimage|XSI、Rhino和CAD等，3D扫描仪的使用虽然可采集并获得待建模物体的3D数据，但以上方法均需要计算机来处理3D数据，从而造成了携带结构复杂且昂贵的3D扫描仪进行3D图像采集和携带计算机进行软件建模的复杂性和不便利性。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种用于3D图像采集与3D打印的移动终端及方法，能够快捷、便携的实现3D图像的采集与3D打印模型输出操作，同时增加移动终端和3D打印的经济实用性。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是，提供一种移动终端，该移动终端包括：

3D成像模块，用于获取左右格式的3D图像；

3D图像处理模块，用于将左右格式的3D图像转换成3D打印机需要的截面图层；

打印输出模块，用于连接3D打印机，输出3D打印截面图层的指令。

其中，该3D成像模块具体用于控制该移动终端上具有预设距离的两个摄像头拍摄左右格式的3D图像并获取该左右格式的3D图像。

其中，该3D图像处理模块包括景深图像生成单元、模型重建单元和后处理单元；

该景深图像生成单元用于将获取到的左右格式的3D图像形成景深图像；

该模型重建单元用于根据景深图像重建生成3D模型；

该后处理单元用于将重建生成的3D模型转换为3D打印机需要的截面图层。

进一步可选的，该3D图像处理模块包括图像深度提取单元；

该图像深度提取单元用于将获取到的左右格式的3D图像提取获得深度信息，并发送深度信息至景深图像生成单元形成所景深图像。

进一步可选的，该3D图像处理模块还包括模型风格选择单元，用于将重建生成的3D模型转换为风格模型，并将风格模型发送至后处理单元用于转换为3D打印机需要的所述截面图层。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是，提供一种方法，包括以下步骤：

移动终端获取左右格式的3D图像；

将左右格式的3D图像转换成3D打印机需要的截面图层；

连接3D打印机，并输出3D打印截面图层的指令。

其中，该3D成像模块具体控制该移动终端上具有预设距离的两个摄像头拍摄左右格式的3D图像并获取该左右格式的3D图像。

其中，将左右格式的3D图像转换成3D打印机需要的截面图层的步骤包括：

将获取到的左右格式的3D图像形成景深图像；

将景深图像重建生成3D模型；

将重建生成的3D模型转换为3D打印机需要的截面图层。

进一步可选的，将左右格式的3D图像转换成3D打印机需要的截面图层的步骤包括：

将获取到的左右格式的3D图像提取获得深度信息，用于根据深度信息形成景深图像。

进一步可选的，将左右格式的3D图像转换成3D打印机需要的截面图层的步骤还包括：

将重建生成的3D模型转换为风格模型，并将风格模型作为新的重建生成的3D模型，然后转换为3D打印机需要的所述截面图层。

本发明的有益效果是：本发明提供的移动终端首先采用3D成像模块获取左右格式的3D图像，其次通过3D图像处理模块将左右格式的3D图像转换为3D打印机需要的截面图层，最后连接3D打印机并输出3D打印指令，即在一个移动终端上即可完成3D图像的采集、并转化成3D打印截面图层并输出3D打印指令的操作，与现有3D打印技术需要使用昂贵且结构复杂的3D扫描仪获得待打印物体的数据，进而使用计算机进行复杂的软件建模，最后连接3D打印机的方式相比，具有显著地快捷性和便携性，更方便人们使用日常携带的移动终端进行3D图像的采集与打印输出操作，增强了移动终端和3D打印的经济实用性。

附图说明

图1是本发明移动终端第一实施方式的结构示意图；

图2a是本发明移动终端第二实施方式的结构示意图；

图2b是两个摄像头在该移动终端正面的结构示意图；

图2c是两个摄像头在该移动终端背面的结构示意图；

图2d是3D成像模块获取左右格式3D脸谱图片的原理示意图；

图2e是图2d中3D脸谱图片在移动终端中的显示示意图；

图3是本发明移动终端第三实施方式的结构示意图；

图4是本发明移动终端第四实施方式的结构示意图；

图5是本发明提供的方法第一实施方式的流程图；

图6是本发明提供的方法第二实施方式的流程图；

图7是本发明提供的方法第三实施方式的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。

请参阅图1，图1是本发明移动终端第一实施方式的结构示意图。该移动终端10包括：

3D成像模块110，用于获取左右格式的3D图像；

3D图像处理模块120，用于将该左右格式的3D图像转换成3D打印机需要的截面图层；

打印输出模块130，用于连接3D打印机，输出3D打印截面图层的指令。

其中该移动终端选自但不限于方便携带的手机、平板、掌上电脑或照相机及其附属设备等。

其中左右格式的3D图像是模拟双眼视差产生立体感而拍摄的图像。在本案其他实施方式中，3D成像模块可选的也用于获取上下格式的3D图像。

其中移动终端连接3D打印机的方式包括有线连接和/或无线连接的方式。

其中3D打印机通过读取接收到的待打印文件中的截面图层信息，利用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出实体。这种技术几乎可以直接制造出任何形状的物品，如机械行业使用这种技术打印而成的零部件。3D打印技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工、汽车、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支生产以及其他领域都有所应用。

本实施方式以手机采集脸谱图像为例进行说明，首先获取左右格式的3D脸谱图像，然后将该3D脸谱图像转化为3D打印所需的截面图层信息，最后连接3D打印机并输出3D打印指令。

其中本发明包括但不限于手机采集与打印脸谱图像的实施方式，本发明能够采集与打印的图像包括任何形状的物品。

区别于现有技术的情况，本实施方式首先采用3D成像模块获取左右格式的3D图像，其次通过3D图像处理模块将左右格式的3D图像转换为3D打印机需要的截面图层，最后连接3D打印机并输出3D打印截面图层的指令，即在一个移动终端上便可完成3D图像的采集并转化成截面图层并输出3D打印指令的操作，较现有3D打印技术需要使用昂贵且结构复杂的3D扫描仪获得待建模物体的数据，进而使用计算机进行软件建模，最后连接3D打印机的方式具有显著地快捷性和便携性，更方便人们使用日常携带的移动终端进行3D图像的采集与打印设置，同时增加了移动终端和3D打印技术的经济实用性。

请参阅图2，图2a是本发明移动终端第二实施方式的结构示意图。该移动终端20包括：

3D成像模块210，用于获取左右格式的3D图像；

3D图像处理模块220，用于将该左右格式的3D图像转换成3D打印机需要的截面图层；

打印输出模块230，用于连接3D打印机，输出3D打印截面图层的指令；

其中，该3D成像模块210具体用于控制该移动终端20上具有预设距离的两个摄像头2101和2102，并获取摄像头2101和2102拍摄的图像。

图2b是本实施方式中3D成像模块210控制的两个摄像头2101和2102设置在该移动终端20的正面201的结构示意图。

其中移动终端20通常在正面201具有显示屏203，用于方便观察待拍摄物体，以便根据需要或喜好调整待拍摄物体的角度、光线等获得需要的视觉效果。

其中图2c是本实施方式中3D成像模块210控制的两个摄像头2101和2102设置在该移动终端20的背面202的结构示意图。

其中图2d是图2c中3D成像模块获取左右格式3D脸谱图片的原理示意图；图2e是图2d中3D脸谱图片在移动终端中的显示示意图。其中两个摄像头2101和2102模拟人的双眼结构，用于拍摄左眼图片和右眼图片，获取左右格式的3D脸谱图片，图2d中的双摄像头结构仅为示意图，并不能作为限制为移动终端正面或背面上凸出设置的摄像头，可选的，双摄像头2101和2102可设置为凸出、凹进或与移动终端的正面或背面在同一平面内。其中图2e中的3D脸谱图片是经左右格式脸谱图片转换的3D脸谱模型。

其中两个摄像头2101和2102是设置在移动终端的正面201或背面202的同一面上且具有预设距离，图2b和/或图2c只是结构示意图，并不能作为该两个摄像头的位置限制关系，本发明的双摄像头可选但不限于在该移动终端的上边、下边、侧边、对角等的位置设置关系。

本实施方式中3D成像模块选用的是控制双摄像头2101和2102，在本发明其他实施方式中，3D成像模块可以选用控制并获取分离的两个移动终端上的摄像头拍摄的图片；或者采用同一移动终端在不同位置拍摄图片；或者在包括前置或后置摄像头的移动终端上，设置与前置或后置摄像头共用或不共用成像系统的第三摄像头；或者采用双摄像头中的至少一个摄像头是可翻转的摄像头，若满足在移动终端同一侧的两个摄像头或同一移动终端两次拍摄的照片满足左右格式的图像时，均可用于本发明移动终端的3D成像模块获取的左右格式的图像。

本实施方式中3D成像模块210，3D图像处理模块220和打印输出模块230与上述第一实施方式中的3D成像模块110，3D图像处理模块120和打印输出模块130的作用相同，本实施方式中的移动终端与上述第一实施方式中的移动终端相同，此处不在赘述。

区别于现有技术、第一实施方式的情况，本实施方式能够实现在一个移动终端上便可完成3D图像的采集并转化成截面图层并输出3D打印指令的操作，与现有3D打印技术需要使用昂贵且结构复杂的3D扫描仪获得待建模物体的数据，进而使用计算机进行复杂软件建模，最后连接3D打印机的复杂方式相比，双摄头单元的设置对于现有移动终端的摄像头结构更易于改造和实现，并未对移动终端的便携与结构带来显著地变化，对日常使用移动终端的习惯无不良影响，而且本实施方式更方便人们使用日常携带的移动终端进行3D图像的采集与打印设置，具有显著地快捷性和便携性，同时增加移动终端和3D打印的经济实用性。

请参阅图3，图3是本发明移动终端第三实施方式的结构示意图。该移动终端30包括：

3D成像模块310，用于获取左右格式的3D图像；

3D图像处理模块320，用于将该左右格式的3D图像转换成3D打印机需要的截面图层；

打印输出模块330，用于连接3D打印机，输出3D打印截面图层的指令；

其中，该3D成像模块230具体用于控制该移动终端20正面201或背面202上具有预设距离的两个摄像头2101和2102，并获取摄像头2101和2102拍摄的图像。本实施方式与本发明移动终端的第二实施方式的双摄像头结构相同，此处不再图示。

其中3D图像处理模块320包括景深图像生成单元3201、模型重建单元3202和后处理单元3203；

其中该景深图像生成单元3201用于将获取到的左右格式的3D图像形成景深图像；

该模型重建单元3202用于根据该景深图像重建生成3D模型；

该后处理单元3203用于将该重建生成的3D模型转换为3D打印机需要的截面图层。

其中可选的，该3D图像处理模块320进一步包括图像深度提取单元3204，用于对获取到的左右格式的3D图像提取获得深度信息，并发送深度信息至该景深图像生成单元3201形成景深图像。

其中移动终端获取到左右格式的3D图像，使用双目测定及匹配等一系列的算法获取该左右格式3D图像的深度信息形成深度图即3D景深图像，但是立体视觉的最终目的是恢复景物可视表面的完整信息，目前无论哪种匹配方法都不可能恢复出所有图像点的视差，因此对于一个完整的立体视觉系统，必须进行最终的表面内插重建，利用深度图像进行数据重构建立完成3D模型图像。然后将3D景深图像转换为3D打印机需要的截面图层，最后发送该截面图层到3D打印机，3D打印机读取信息完成打印。

其中3D成像模块310获取左右格式的3D图像的数目大于等于2，以便用户选择满意的左右格式的3D图像或获取多方位的左右格式的3D图像，进而获得更完整的待打印物体的信息，建立更丰富的3D模型。

区别于现有技术、上述第一、第二实施方式的情况，本实施方式能够实现在一个移动终端上便可完成3D图像的采集、建模及转化成截面图层并输出3D打印指令的操作，与现有3D打印技术需要使用昂贵且结构复杂的3D扫描仪获得待建模物体的数据，进而使用计算机进行软件建模，最后连接3D打印机的复杂方式相比，双摄头单元的设置对于现有移动终端的摄像头结构更易于改造和实现，而且本实施方式更方便人们使用日常携带的移动终端采集3D图像、简化建模过程并完成3D打印输出设置，具有显著地快捷性和便携性，同时增加移动终端和3D打印的经济实用性。

请参阅图4，图4是本发明移动终端第四实施方式的结构示意图，该移动终端40包括：

3D成像模块410，用于获取左右格式的3D图像；

3D图像处理模块420，用于将该左右格式的3D图像转换成3D打印机需要的截面图层；

打印输出模块430，用于连接3D打印机，输出3D打印截面图层的指令。

其中，本实施方式中的3D成像模块410与本发明移动终端的第二、三实施方式的3D成像模块310的结构和作用相同，此处不再图示和赘述。

其中3D图像处理模块420包括景深图像生成单元4201、模型重建单元4202，后处理单元4203和图像深度提取单元4204。其中本实施方式中的景深图像生成单元4201、模型重建单元4202，后处理单元4203和图像深度提取单元4204与本发明移动终端第三实施方式的景深图像生成单元3201、模型重建单元3202，后处理单元3203和图像深度提取单元3204的结构及作用相同，此处不在赘述。

其中该3D图像处理模块420进一步包括模型风格选择单元4205，用于将重建生成的3D模型转换为风格模型，并将风格模型发送至后处理单元用于转换为3D打印机需要的截面图层。

其中模型风格选择单元包括但不限于卡通、简约、复古等风格。在本发明其他实施方式中，模型风格选择单元可设置于3D成像模块之后，用于将左右格式的3D图像先转换为风格模型，再进行深度信息提取操作。如将手机双摄像头模块采集到的脸谱图像结合各种卡通3D模型制作独特风格，这不仅使3D打印手机具有易采集、便携的经济实用性，而且还增加了3D打印手机的趣味性和娱乐性。

区别于现有技术、上述第一、第二、第三实施方式的情况，本实施方式能够实现在一个移动终端上便可完成3D图像的采集、建模及转化成截面图层并输出3D打印指令的操作，而且增加模型风格选择单元用于选取不同的风格模型，完成趣味性打印，与现有3D打印技术需要使用昂贵且结构复杂的3D扫描仪获得待建模物体的数据，进而使用计算机进行软件建模，最后连接3D打印机的复杂方式相比，这不仅使3D打印手机具有易采集、携带方便的经济实用特点，而且还增加了3D打印手机的趣味性，提高了用户体验。

请参阅图5，图5是本发明提供的方法第一实施方式的流程。该方法包括：

步骤501：移动终端获取左右格式的3D图像；

步骤502：将左右格式的3D图像转换成3D打印机需要的截面图层；

步骤503：连接3D打印机，并输出3D打印截面图层的指令。

其中，本发明的移动终端选自但不限于方便携带的手机，平板、掌上电脑等。在本发明的其他实施方式中，移动终端也可以获取上下格式的3D图像。移动终端连接3D打印机的方式包括有线连接和/或无线连接的方式。

请参阅图6，图6是本发明提供的方法第二实施方式的流程图。该方法包括：

步骤601：3D成像模块获取左右格式的3D图像；

步骤602：将获取到的左右格式的3D图像形成景深图像；

步骤603：将景深图像重建生成3D模型；

步骤604：将重建生成的3D模型转换为3D打印机需要的截面图层；

步骤605：连接3D打印机，并输出3D打印截面图层的指令。

其中步骤601中的3D成像模块与上述本发明移动终端第一、第二、第三、第四实施方式中的3D成像模块相同，其中步骤601具体是：3D成像模块控制移动终端上具有预设距离的两个摄像头拍摄左右格式的3D图像并获取该左右格式的3D图像。

两个摄像头模拟双眼视觉因而存在的视差使得图像有立体感。在其他实施方式中，可选取分立的两个移动终端的摄像头装置分别或同时拍摄形成左右格式的3D图像；或者在移动终端设置与前置或后置摄像头共用或不共用成像系统的第三摄像头，使用在移动终端任一侧的两个摄像头拍摄左右格式的3D图像；或者采用双摄像头中的至少一个是可翻转的摄像头进行拍摄左右格式的3D图像。

其中景深是指在摄影机镜头或其他成像器前能够取得清晰图像的成像所测定的被摄物体前后距离范围，在聚焦完成后，在焦点前后的范围内都能形成清晰的像，这一前一后的距离范围即为景深。景深图像模拟人眼对真实空间的近大远小，近处清晰远处模糊的视觉感受。为了恢复图像的视差，必须进行表面内插重建，利用景深图像进行数据重构建立完成3D模型图像。

请参阅图7，图7是本发明提供的方法第三实施方式的流程图。该方法包括：

步骤701：3D成像模块获取左右格式的3D图像；

步骤702：将获取到的左右格式的3D图像提取获得深度信息；

步骤703：根据深度信息形成景深图像；

步骤704：将景深图像重建生成3D模型；

步骤705：将重建生成的3D模型转换为3D打印机需要的截面图层；

步骤706：连接3D打印机，并输出3D打印截面图层的指令。

其中步骤701中的3D成像模块与上述本发明移动终端第一、第二、第三、第四实施方式、本发明提供的方法第一实施方式中的3D成像模块相同，步骤702将获取到的左右格式的3D图像使用双目测定及匹配一系列的算法获取该图像的深度信息，然后转入步骤703。

其中，可选的，在步骤704之后还包括步骤707：判断是否选取风格模型，

若判断为是，则进入步骤708：将重建生成的3D模型转换为风格模型，并将风格模型作为新的重建生成的3D模型，然后进入步骤705，将重建生成的3D模型转换为3D打印机需要的截面图层。然后转入步骤706。

若判断为否，则进入步骤705。

在其他实施方式中，可在步骤701之后，直接将获取的左右格式的3D转换成风格模型，之后再进行步骤702至步骤706。

其中风格模型包括但不限于卡通、简约、复古等风格。以手机的双摄像头模块采集脸谱为例，在重建生成3D脸谱模型时，可选择卡通模型进行转换成3D脸谱的卡通特定风格的模型，然后在进行该3D卡通模型的截面图层转换，最后输出至打印机，这增加了移动终端的娱乐和趣味性。

其中本发明提供的方法实施方式能够获取的左右格式的图片包括但不限于脸谱图像、珠宝、建筑和地理标识等的图像，本发明提供的方法能够采集与打印的图像包括任何形状的物品。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于3D图像采集与3D打印的移动终端，其特征在于，包括：

3D成像模块，用于获取左右格式的3D图像；

3D图像处理模块，用于将所述左右格式的3D图像转换成3D打印机需要的截面图层；

打印输出模块，用于连接所述3D打印机，输出3D打印所述截面图层的指令。

2.根据权利要求1所述的移动终端，其特征在于，

所述3D成像模块具体用于控制所述移动终端上具有预设距离的两个摄像头拍摄所述左右格式的3D图像并获取所述左右格式的3D图像。

3.根据权利要求2所述的移动终端，其特征在于，

所述3D图像处理模块包括景深图像生成单元、模型重建单元和后处理单元；

其中所述景深图像生成单元用于将获取到的所述左右格式的3D图像形成景深图像；

所述模型重建单元用于根据所述景深图像重建生成3D模型；

所述后处理单元用于将所述重建生成的3D模型转换为所述3D打印机需要的截面图层。

4.根据权利要求3所述的移动终端，其特征在于，

所述3D图像处理模块进一步包括图像深度提取单元；

所述图像深度提取单元用于将获取到的所述左右格式的3D图像提取获得深度信息，并发送所述深度信息至所述景深图像生成单元形成所述景深图像。

5.根据权利要求3-4任意一项所述的移动终端，其特征在于，

所述3D图像处理模块还进一步包括模型风格选择单元，用于将所述重建生成的3D模型转换为风格模型，并将所述风格模型发送至所述后处理单元用于转换为所述3D打印机需要的所述截面图层。

6.一种用于3D图像采集与3D打印的方法，其特征在于，包括以下步骤：

移动终端获取左右格式的3D图像；

将所述左右格式的3D图像转换成3D打印机需要的截面图层；

连接所述3D打印机，并输出3D打印所述截面图层的指令。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述移动终端的3D成像模块获取左右格式的3D图像；

其中，所述3D成像模块具体控制所述移动终端上具有预设距离的两个摄像头拍摄左右格式的3D图像并获取所述左右格式的3D图像。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

所述将所述左右格式的3D图像转换成3D打印机需要的截面图层的步骤包括：

将获取到的所述左右格式的3D图像形成景深图像；

将所述景深图像重建生成3D模型；

将所述重建生成的3D模型转换为3D打印机需要的截面图层。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

所述将获取到的所述左右格式的3D图像形成景深图像的步骤具体包括：

将获取到的所述左右格式的3D图像提取获得深度信息，用于根据所述深度信息形成所述景深图像。

10.根据权利要求8-9任意一项所述的方法，其特征在于，

所述将所述左右格式的3D图像转换成3D打印机需要的截面图层的步骤进一步包括：

将所述重建生成的3D模型转换为风格模型，并将所述风格模型作为新的重建生成的3D模型，然后转换为3D打印机需要的所述截面图层。