CN105404127A

CN105404127A - 一种拍照采集三维信息的全息成像系统和成像方法

Info

Publication number: CN105404127A
Application number: CN201510974338.1A
Authority: CN
Inventors: 王志向; 王林辉; 刘冰; 陈焱; 谢毅; 吴登爽; 时佳子; 鲍一; 徐逸凡
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2016-03-16

Abstract

本发明公开了一种拍照采集三维信息的全息成像系统和成像方法，包括图像数据采集装置、数据处理装置以及全息影像投影仪，所述图像数据采集装置、数据处理装置和全息影像投影仪依次连接，其中：所述图像数据采集装置用于采集目标物的图像数据，并将所述图像数据传送到所述数据处理装置；所述数据处理装置用于接收所述图像数据，并根据所述图像数据重组成三维全息数据；所述全息影像投影仪用于接收所述三维全息数据，并将所述三维全息数据通过所述全息影像投影仪进行投影显示。本发明可通过一次性拍照扫描收集目标物一个视角的三维信息，并通过全息投影仪进行展示。操作简单，使用方便，且可处理复杂的三维数据，迅速建立三维模型。

Description

一种拍照采集三维信息的全息成像系统和成像方法

技术领域

本发明涉及一种三维信息采集技术领域，尤其涉及一种拍照采集三维信息的全息成像系统和成像方法。

背景技术

随着全息技术的发展，目前急需一种成像设备来采集目标物的三维信息。无论是模具的测量，施工建筑的各种尺寸的测定都十分耗费人力，需要一种直接、有效的采集目标物三维信息的系统来完成。

目前采用收集目标物三维信息的方法是：

(一)用标尺进行人工测量，用专门的扫描仪器进行扫描。标尺进行人工测量的缺点是：

1、耗费大量人力，且后期绘图仍需要大量消耗人力资源；

2、对于部分大且危险的地方还不适合人工作业，对于太狭小的空间，人员也无法进入作业；

3、无法得到立体图像和真实色彩还原。

(二)用专门的扫描仪器进行扫描可以得到直接的三维数据，但该方法的缺点在于：

1、必须要能装下扫描的对象，如果对象太庞大，则无法进行；

2、不适合用于无法搬运的目标物进行三维影像的采集；

3、采集的数据没法还原出本来的颜色，需要后期加工合成；

4、无法进入狭小或者危险的地方进行采集。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明针对采集单一视角下目标物的三维信息并通过全息投影仪显示出来，而专门设计了一种拍照采集三维信息的全息成像系统，以解决现有技术中需要耗费大量人力进行徒手操作的缺点、信息采集过程中缺乏实时图像和颜色采集等技术性问题。

为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明提供了一种拍照采集三维信息的全息成像系统，包括图像数据采集装置、数据处理装置以及全息影像投影仪，所述图像数据采集装置、数据处理装置和全息影像投影仪依次连接，其中：

所述图像数据采集装置用于采集目标物的图像数据，并将所述图像数据传送到所述数据处理装置；

所述数据处理装置用于接收所述图像数据，并根据所述图像数据重组成三维全息数据；

所述全息影像投影仪用于接收所述三维全息数据，并将所述三维全息数据通过所述全息影像投影仪进行投影显示。

进一步的，所述图像数据采集装置包括透镜组、感光元件和感光元件位置记录器，其中：

所述透镜组用于将拍摄的目标物成像于所述感光元件上；

所述感光元件设置于所述透镜组远离所述目标物的一侧，且其相对于所述透镜组的距离依据所需焦距被调节，用于感应自所述透镜组反馈而来的拍摄采集的光信号，并获得所述感光元件处于不同焦距时的图像数据；

所述感光元件位置记录器与所述感光元件电性连接，用以：

依据所需焦距位置调节所述感光元件相对于所述透镜组的距离；

记录获得每个图像数据时感光元件的位置数据。

优选的，所述感光元件为感光板。

本发明另外提供了一种拍照采集三维信息的全息成像方法，利用权利要求1至3任意之一所述的拍照采集三维信息的全息成像系统进行全息成像，其步骤包括：

S1：校正目标物中心点与透镜组中心的方向和距离，使得目标物、透镜组和感光元件三者的中心在一直线上；

S2：感光元件位置记录器依据所需焦距位置调节所述感光元件相对于所述透镜组的距离，并记录感光元件的位置数据；

S3：透镜组将目标物的图像成像于感光元件上；

S4：感光元件实时感应自所述透镜组反馈而来的拍摄采集的光信号，获得所述感光元件处于不同焦距时的图像数据，并传输至感光元件位置记录器；

S4：感光元件位置记录器将记录的位置数据和感光元件传输而来的图像数据传输给数据处理装置；

S5：位置数据和图像数据经过数据处理装置重组成三维全息数据，并传输至全息投影仪进行输出，显示出目标物拍摄视角的三维全息影像。

进一步的，步骤S2中所述感光元件位置记录器依据所需焦距位置的调节范围在所述透镜组的一倍焦距到两倍焦距之间。

进一步的，步骤S6中所述位置数据和图像数据经过数据处理装置处理后，将对焦模糊的图像数据及其对应的所述感光元件的位置数据予以删除，保留对焦清晰的图像数据及其对应的所述感光元件的位置数据。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1、可迅速对目标物进行三维信息采集，大大减少了人力；

2、无需搬动目标物，且适用于狭小空间，无法近距离测量的情况；

3、通过采集图像重建三维信息时，实时再现目标物的颜色、大小；

4、对目标物的大小无明显限制，也可以较远距离进行测量。

附图说明

结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中：

图1为本发明一种拍照采集三维信息的全息成像系统的结构示意图；

图2为本发明一种拍照采集三维信息的全息成像方法的数据处理流程图；

图3为本发明一种拍照采集三维信息的全息成像方法的原理示意图；

图4为本发明一种拍照采集三维信息的全息成像方法的对焦原理示意图。

【主要符号说明】

1-目标物；

2-透镜组；

3-图像数据采集装置；

4-感光元件；

5-目标物影像；

6-感光元件位置记录器；

7-数据处理装置；

8-连接线路；

9-目标物全息影像；

10-全息投影仪；

11-第一平面；

12-第一物体对焦图像；

13-第二平面；

14-第二物体对焦图像；

15-第三平面；

16-第三物体对焦图像。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例一

图1示出了本发明一种拍照采集三维信息的全息成像系统的结构示意图，所述全息成像系统具体包括图像数据采集装置3、数据处理装置7以及全息影像投影仪10，所述图像数据采集装置3、数据处理装置7和全息影像投影仪10依次通过连接线路8连接，所述图像数据采集装置3用于采集目标物1的图像数据，并将所述图像数据传送到所述数据处理装置7；所述数据处理装置7用于接收所述图像数据，并根据所述图像数据重组成三维全息数据；所述全息影像投影仪10用于接收所述三维全息数据，并将所述三维全息数据通过所述全息影像投影仪10进行投影显示目标物全息影像9。

其中，所述图像数据采集装置3包括透镜组2、感光元件4和感光元件位置记录器6，所述透镜组2设置于所述图像数据采集装置3的一侧，面向目标物1放置，用于将拍摄的目标物1成像于所述感光元件4上；所述感光元件4设置于所述透镜组2远离所述目标物1的一侧，且其相对于所述透镜组2的距离依据所需焦距被调节，用于感应自所述透镜组2反馈而来的拍摄采集的光信号，并获得所述感光元件4处于不同焦距时的图像数据；所述感光元件位置记录器6与所述感光元件4电性连接，用于依据所需焦距位置调节所述感光元件4相对于所述透镜组2的距离；记录获得每个图像数据时感光元件4的位置数据。本实施例中，所述感光元件4为一布满高密度像素的感光板。

实施例二

图2为本发明一种拍照采集三维信息的全息成像方法的数据处理流程图，提出了一种拍照采集三维信息的全息成像方法，利用上述拍照采集三维信息的全息成像系统进行全息成像，其步骤包括：

S3：透镜组将目标物的图像成像于感光元件上；

S5：感光元件位置记录器将记录的位置数据和感光元件传输而来的图像数据传输给数据处理装置；

S6：位置数据和图像数据经过数据处理装置重组成三维全息数据，并传输至全息投影仪进行输出，显示出目标物拍摄视角的三维全息影像。

具体的如图3所示，步骤S1中，所述图像数据采集装置3在对目标物1进行固定视角三维信息采集时，先通过校正拍摄目标物1中心点O和透镜组2中心P的距离，通过目标物1中心点O在所述感光元件4上的成像O’，再加上所述透镜组2的焦距值，即可通过计算得出OP的距离。其中，目标物1中的A点坐标为(x，y，z)，在通过所述透镜组2成像后，移动所述感光元件4至O’点,此时目标物1中的A点的对焦图像清晰，相应地显示在所述感光元件4上为A’(x’，y’，z’)，此时所述感光元件4的位置为z’。A’的坐标位置可以通过所述感光元件4上的x’和y’的值测出。因此通过所述透镜组2的焦距F值，就可以换算出A点现实中相对于P点的位置。

x＝f(x’)

y＝f(y’)

z＝f(z’)

当所述感光元件4位于z’位置时，目标物1上所有和A点中同一Z＝z平面的所有点均对焦清晰，而其余点均对焦模糊。将此时的所述感光元件4的位置数据和目标物1的图像数据通过连接线路8传输给数据处理装置7，并将对焦模糊的图像数据及其对应的所述感光元件4的位置数据予以删除，保留对焦清晰的图像数据及其对应的所述感光元件4的位置数据。

实际操作时，在步骤S2中，感光元件位置记录器6依据所需焦距位置调节所述感光元件4相对于所述透镜组2的距离，并记录感光元件4的位置数据。具体的，由所述感光元件位置记录器6来控制所述感光元件4的位置，并从所述感光元件4上开始出现目标物影像5中任何一点图像正常对焦时开始记录所述感光元件4的位置，直至所述感光元件4到所述透镜组2的两倍焦距处为止。

较佳的，步骤S2中所述感光元件位置记录器6依据所需焦距位置的调节范围在所述透镜组2的一倍焦距到两倍焦距之间，即所述感光元件4在透镜组2的F与2F位置间进行逐渐细微的位移△z’。而每一个F+△z’的位置均对应目标物1中的一个Z值，如果Z值超过了目标物1可拍摄范围内中最远和最近的Z值，那么所述感光元件4停止收集图像数据。

其中，步骤S4中感光元件4实时感应自所述透镜组2反馈而来的拍摄采集的光信号，获得所述感光元件4处于不同焦距时的图像数据，并传输至感光元件位置记录器，具体的，通过图像数据采集装置3中的所述透镜组2可以对目标物1在不同对焦平面进行拍摄，步骤S3中所述感光元件4逐层采集目标物1在不同对焦平面的图像数据，并记录不同对焦平面时对应的所述感光元件4的位置。如图4所示，本实施例中，第一平面11对焦时即可得出第一平面11所拍摄到的第一物体对焦图像12，第二平面13对焦时即可得出第二平面13所拍摄到的第二物体对焦图像14，第三平面15对焦时即可得出第三平面15所拍摄到的第三物体对焦图像16。

本发明通过采用以上技术方案后可较远距离对目标物进行单一视角的三维信息的采集和显示，而且适用于狭小空间和不适合人工采集的位置，适用范围广。同时图像采集的形式和方法不受到目标物大小的限制，且能够很好地还原出图像的颜色，在采集三维数据时无需搬动目标物。同时对目标物进行多个视角的三维信息数据采集，即可完整显示目标物的三维信息。

此外，需注意的是，如采集数据时需要目标物和图像数据采集装置保持相对静止。感光元件的位移△z’和感光元件分辨率直接影响后期全息成像的精度，△z’越小会导致采集时间越长，形成的数据量越大。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，如利用本发明中的三维信息采集方法进行数据采集等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种拍照采集三维信息的全息成像系统，其特征在于，包括图像数据采集装置、数据处理装置以及全息影像投影仪，所述图像数据采集装置、数据处理装置和全息影像投影仪依次连接，其中：

2.如权利要求1所述的一种拍照采集三维信息的全息成像系统，其特征在于，所述图像数据采集装置包括透镜组、感光元件和感光元件位置记录器，其中：

所述透镜组用于将拍摄的目标物成像于所述感光元件上；

所述感光元件位置记录器与所述感光元件电性连接，用以：

记录获得每个图像数据时感光元件的位置数据。

3.如权利要求2所述的一种拍照采集三维信息的全息成像系统，其特征在于，所述感光元件为感光板。

4.一种拍照采集三维信息的全息成像方法，其特征在于，利用权利要求1至3任意之一所述的拍照采集三维信息的全息成像系统进行全息成像，其步骤包括：

S3：透镜组将目标物的图像成像于感光元件上；

5.如权利要求4所述的一种拍照采集三维信息的全息成像方法，其特征在于，步骤S2中所述感光元件位置记录器依据所需焦距位置的调节范围在所述透镜组的一倍焦距到两倍焦距之间。

6.如权利要求4所述的一种拍照采集三维信息的全息成像方法，其特征在于，步骤S6中所述位置数据和图像数据经过数据处理装置处理后，将对焦模糊的图像数据及其对应的所述感光元件的位置数据予以删除，保留对焦清晰的图像数据及其对应的所述感光元件的位置数据。