CN107065426A - 立体图形采集装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的立体图形采集装置及方法，装置包括相机、多面反射体、反射镜阵列及支撑框架；所述相机固定在支撑框架顶部，支撑框架底部用于放置目标物体；所述多面反射体固定在支撑框架中间，且多面反射体位于相机正下方及目标物体上方；所述反射镜阵列含环绕在多面反射体周围的若干块反射镜且各反射镜均固定在支撑框架上；多面反射体的各反射面均为相机可照射到的倾斜面，且各反射面与反射镜阵列中的反射镜一一对应，反射面与其对应的反射镜处于同一个竖直平面内；所述反射镜阵列的环绕范围大于其下方的目标物体。本发明可快速采集目标物立体图像，且具有结构稳定，成本低的特点。
Description
技术领域
本发明涉及三维成像技术领域，特别涉及一种立体图形采集装置及方法。
背景技术
传统相机只能记录三维场景在二维平面的投影，是一种2D的成像装置。随着3D影音、VR/AR、3D打印等行业的发展，市场对立体成像技术的需求也日益增加，能够记录完整三维立体场景的装置必将拥有广阔的发展空间。
为了记录一个完整的三维场景，就需要记录该场景不同角度的图像，再通过图像处理重建出该场景的三维模型。目前常见的方案有包括相机阵列成像和移动相机成像。
相机阵列成像是指，在立体空间里，围绕着目标物体架设多部相机，通过相机阵列采集多幅不同视角的图像；
移动相机成像是指，只采用一台相机，让相机围绕着目标物体体旋转，记录下不同角度的图像，或者固定相机的位置，将目标物体体放在旋转台上，通过物体的旋转，用相机记录下不同角度的图像。
相机阵列成像的方案成本高昂，需要占用较大的拍摄场地，移动相机方案则需引入了机械移动技术，影响成像质量。
本发明旨在提出一种价格低廉、结构稳定的立体图像采集装置及方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种立体图形采集装置及方法，其借助多面反射体及反射镜阵列可快速、准确地采集目标物立体图像，还具有结构稳定，成本低的特点。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
立体图形采集装置，包括相机、多面反射体、反射镜阵列及支撑框架；
所述相机固定在支撑框架顶部，支撑框架底部用于放置目标物体；所述多面反射体固定在支撑框架中间，且多面反射体位于相机正下方及目标物体上方；所述反射镜阵列含环绕在多面反射体周围的若干块反射镜且各反射镜均固定在支撑框架上；多面反射体的各反射面均为相机可照射到的倾斜面，且各反射面与反射镜阵列中的反射镜一一对应，反射面与其对应的反射镜处于同一个竖直平面内；
所述反射镜阵列的环绕范围大于其下方的目标物体，以使各反射镜能够将目标物体各视角的光线分别反射至与其对应的多面反射体的各反射面。
所述支撑框架为竖向设置的长方体框架。
所述多面反射体至少具有5个反射面，且每个反射面倾斜角度相同，所述反射镜阵列由5片以上的反射镜组成。
所述多面反射体呈六棱锥型，该六棱锥型的多面反射体顶部的锥尖部被削去。
所述相机、多面反射体及反射镜阵列具有同一条中心线。
所述反射镜阵列的所有反射镜以同样的倾斜角度环绕固定在多面反射体周围。
上述立体图形采集装置的图像采集方法，包括由反射镜阵列的各反射镜将目标物体的各视角光线反射至多面反射体的各反射面，相机从各反射面采集到目标物体的各视角图像，最后采用图像合成算法将各所有视角图像合成为完整的目标物体三维图像。
采用上述方案后，本发明有益效果在于：本发明借助一多面反射体及反射镜阵列将待采集图像的目标物体分割为若干个图像，再由一个相机获取分割的图像，实现图像和准确地快速采集，兼具了结构稳定、成本地的特点；
另外，本发明将相机和反射结构（多面反射体及反射镜阵列）置于目标物体体上方，不占用目标物体体所在水平空间，通过分割相机成像面的方法，使目标物体体不同方向的图像同时成像在相机的图像传感器上，可以用于运动场景的立体拍摄。
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明多面反射体的立体结构示意图；
图3是本发明多面反射体的俯视图；
图4是本发明反射镜阵列的俯视图；
图5是本发明的成像原理图；
图6是本发明相机采集到的目标物体图像。
标号说明
相机100，多面反射体200，反射镜阵列300，目标物体400，支撑框架500。
具体实施方式
如图1所示，本发明揭示的立体图形采集装置，包括包括相机100、多面反射体200、反射镜阵列300及支撑框架500；
相机100固定支撑框架500顶部，支撑框架500底部用于放置目标物体400；多面反射体200固定在支撑框架500中间，且多面反射体200位于相机100正下方及目标物体400上方；反射镜阵列300含环绕多面反射体周围的若干块反射镜且各反射镜均固定在支撑框架500上；多面反射体200的各反射面均为相机100可照射到的倾斜面，且各反射面与反射镜阵列中的反射镜一一对应，反射面与其对应的反射镜处于同一个竖直平面内；
反射镜阵列300的环绕范围大于其下方的目标物体400，以使各反射镜能够将目标物体各视角的光线分别反射至与其对应的多面反射体的各反射面。
本实施例中，支撑框架500为竖向设置的长方体框架。多面反射体200至少具有5个反射面，且每个反射面倾斜角度相同，反射镜阵列300由5片以上的反射镜组成，反射镜阵列300沿着一个圆周面环绕在多面反射体200周围。如果增加反射镜阵列300中反射镜的数量，则会增加目标物体400的采样角度的数量，也会导致每个反射镜拍摄到的物体的视场角减少。采样数量的增加意味着获得物体更多角度的图像，这样会利于3D物体合成。然而，视场角减小会导致相机不能拍摄到物体的全貌，为了解决这一问题，就需要增加相机与目标物体之间的距离，即增加反射镜阵列所在圆周的半径，这样势必会增大立体图像采集装置的体积。因此，在保持圆周半径不变的前提下，需合理的选择反射镜的数量。5片反射镜既可以最低限度获得合成3D物体所需的图像素材，也可以有效控制整个装置的体积。如图2、3及图4所示，以六棱锥型的多面反射体200为例，该六棱锥型的多面反射体200顶部的锥尖部被削去，具有反射面201、202、203、204、205和206，各反射面形状、面积均相同，相应的反射镜阵列300具有6块反射镜301、302、303、304、305及306，相邻反射镜之间间隔相同，而且相机100、多面反射体200及反射镜阵列300具有同一条中心线，相邻反射镜与该中心线构成的三角形均为60°，反射镜阵列300的所有反射镜以同样的倾斜角度环绕固定在多面反射体周围，如此以来，反射镜301、302、303、304、305及306对于下方目标物体400光线的入射角相同，相机100最后采集到的各视角图像来自于相同的角度，可以完全覆盖目标物体200，保证图像完整性。
本发明还揭示了上述立体图形采集装置的图像采集方法，包括由反射镜阵列300的各反射镜将目标物体400的各视角光线反射至多面反射体200的各反射面，相机100从各反射面采集到目标物体400的各视角图像，最后采用图像合成算法将各所有视角图像合成为完整的目标物体图像。
如图4和5所示，来自目标物体的光线被反射镜301反射，又经反射面201反射至相机100，此时，相机采集到了目标物体一个视角方向图像1，同理，其他反射镜302、303、304、305及306分别配合反射面202、203、204、205和206将目标物体另外5个视角方向的图像同时反射到相机上。
相机100采集的到图像如图6所示。其中，图像1为反射面201和反射镜301反射的第一视角图像；图像2为反射面202和反射镜302反射的第二视角图像；图像3为反射面203和反射镜303反射的第三视角图像；图像4为反射面204和反射镜304反射的第四视角图像；图像5为反射面205和反射镜305反射的第五视角图像；图像6为反射面206和反射镜306反射的第六视角图像，最后相机100内置的图像传感器统一传输这些图像，并通过图像合成算法将图像1-6合成完整的三维图像。
以上仅为本发明的具体实施例，并非对本发明的保护范围的限定。凡依本案的设计思路所做的等同变化，均落入本案的保护范围。
Claims (7)
1.立体图形采集装置，其特征在于：包括相机、多面反射体、反射镜阵列及支撑框架；
所述相机固定在支撑框架顶部，支撑框架底部用于放置目标物体；所述多面反射体固定在支撑框架中间，且多面反射体位于相机正下方及目标物体上方；所述反射镜阵列含环绕在多面反射体周围的若干块反射镜且各反射镜均固定在支撑框架上；多面反射体的各反射面均为相机可照射到的倾斜面，且各反射面与反射镜阵列中的反射镜一一对应，反射面与其对应的反射镜处于同一个竖直平面内；
所述反射镜阵列的环绕范围大于其下方的目标物体，以使各反射镜能够将目标物体各视角的光线分别反射至与其对应的多面反射体的各反射面。
2.如权利要求1所述的立体图形采集装置，其特征在于：所述支撑框架为竖向设置的长方体框架。
3.如权利要求1所述的立体图形采集装置，其特征在于：所述多面反射体至少具有5个反射面，且每个反射面倾斜角度相同，所述反射镜阵列由5片以上的反射镜组成，反射镜阵列沿着一个圆周面绕在多面反射体周围。
4.如权利要求1所述的立体图形采集装置，其特征在于：所述多面反射体呈六棱锥型，且该六棱锥型的多面反射体顶部的锥尖部被削去。
5.如权利要求1所述的立体图形采集装置，其特征在于：所述相机、多面反射体及反射镜阵列具有同一条中心线。
6.如权利要求1所述的立体图形采集装置，其特征在于：所述反射镜阵列的所有反射镜以同样的倾斜角度环绕固定在多面反射体周围。
7.如权利要求1所述的立体图形采集装置，其特征在于：其图像采集方法包括：由反射镜阵列的各反射镜将目标物体的各视角光线反射至多面反射体的各反射面，相机从各反射面采集到目标物体的各视角图像，最后采用图像合成算法将各所有视角图像合成为完整的目标物体三维图像。
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