CN109900223A - 用于投影光栅建模的成像方法及装置 - Google Patents

用于投影光栅建模的成像方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于投影光栅建模的成像方法及装置，所述成像方法通过一成像装置实现，所述成像装置包括至少两个相机、一投影仪以及一处理器，所述成像方法包括：所述处理器标定所述至少两个相机以及投影仪；所述投影仪对一平面区域投射若干帧结构光图像；对于每一相机，所述处理器根据所述相机拍摄的若干帧结构光影像获取所述平面区域上影像的包裹相移；根据每一相机的包裹相移利用极限匹配获取平面区域上影像的绝对相移。本发明的用于投影光栅建模的成像装置能够快速获取低高度物体的模型，而且使投影光栅建模的精度更高，建立的模型更加保真。

Description

用于投影光栅建模的成像方法及装置
技术领域
本发明涉及一种用于投影光栅建模的成像方法及装置。
背景技术
三维重建是指对三维物体建立适合计算机表示和处理的数学模型，是在计算机环境下对其进行处理、操作和分析其性质的基础，也是在计算机中建立表达客观世界的虚拟现实的关键技术。
光栅投影进行三维重建是一种三维重建方式，将光栅分别投影到参考平面和被测物体表面，由于参考平面选取的是水平平面，投影到上面的参考光栅不会发生变形；当光栅投影到被测物体表面时，光栅会产生不同程度的变形，是由于投影光栅受到了被测物体表面高度的调制。所放置的被测物体高度不同，光栅的相位变化程度也随之不同，二维平面变形条纹的相位变化中携带有物体表面的三维形貌信息。因此，通过求取相位的变化值，可以得到物体在相应点处的高度，从而得到三维物体的轮廓形状。
现有的光栅投影进行三维重建中存在使用场景单一，获取模型慢的缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中光栅投影进行三维重建中存在使用场景单一，获取模型慢的缺陷，提供一种能够快速获取低高度物体的模型，而且使投影光栅建模的精度更高，建立的模型更加保真的用于投影光栅建模的成像方法及装置。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种用于投影光栅建模的成像方法，其特点在于，所述成像方法通过一成像装置实现，所述成像装置包括至少两个相机、一投影仪以及一处理器，所述成像方法包括：
所述处理器标定所述至少两个相机以及投影仪；
所述投影仪对一平面区域投射若干帧结构光图像；
对于每一相机，所述处理器根据所述相机拍摄的若干帧结构光影像获取所述平面区域上影像的包裹相移；
根据每一相机的包裹相移利用极限匹配获取平面区域上影像的绝对相移。
较佳地，所述成像方法包括：
所述投影仪对所述平面区域上目标物体投射若干帧结构光图像；
所述处理器根据所述相机拍摄目标物体的若干帧结构光影像获取所述目标物体的波动相移；
所述处理器根据所述波动相移以及所述绝对相移获取所述目标物体的三维模型。
较佳地，所述相机的数量为两个，所述处理器根据所述相机拍摄目标物体的3帧结构光影像获取所述目标物体的波动相移。
较佳地，所述处理器分别连接相机以及所述投影仪，所述处理器向所述相机及所述投影仪分别发送触发信号；
每一相机包括一摄像镜头，所述投影仪包括一投影镜头，摄像镜头的拍摄方向与所述投影镜头的投影方向均对准所述平面区域；
所述成像方法包括：
所述平面区域上设有一可移除的标定图案；
对于每一相机，所述相机拍摄仅有标定图案的平面区域为标定影像，所述处理器利用所述标定影像标定所述相机，并获取相机标定数据；
所述投影仪向所述平面区域投射至少2个亮度的标定图片；
每一相机拍摄所述平面区域上每个亮度的标定图片为图片影像；
所述处理器利用全部相机标定数据以及全部图片影像进行投影仪以及相机之间的标定。
较佳地，所述投影仪向所述平面区域投射至少2个亮度的标定图片，包括：
所述投影仪向所述平面区域投射至少2个灰度的标定图片；或，
所述投影仪向所述平面区域投射一标定图片，并在所述标定图片上投射至少2个灰度的灰度影像。
较佳地，所述平面区域上设有一可移除的标定图案包括：
所述平面区域上显示标定图案，所述标定图案的颜色可变；
每一相机向所述处理器传输至少2个颜色的标定图案的标定影像；
所述处理器通过每一相机的标定影像标定每一相机。
较佳地，所述平面区域包括一供电模块以及一显示面板，所述显示面板上设有电致变色染料，所述供电模块与所述电致变色染料连接。
较佳地，所述平面区域为一半透明白板，所述半透明白板的正面印制所述标定图案，所述半透明白板的背面设有若干LED灯，所述LED灯的照明方向对准所述半透明白板；
所述成像方法包括：
所述处理器控制所述LED灯的亮度；
所述处理器还向所述控制芯片发送调节亮度信号后，向所述相机发送触发信号。
较佳地，所述平面区域为液晶平面区域，所述液晶平面区域显示预设图案，所述预设图案的形状与所述标定图案的形状相同，预设图案的颜色可变。
本实施例提供一种用于投影光栅建模的成像装置，其特点在于，所述成像装置包括至少两个相机、一投影仪以及一处理器，所述成像装置用于实现如上所述的成像方法，所述处理器包括美国德州仪器公司的型号为DLP LightCrafter 4500的开发板，所述成像装置包括一外壳，所述相机以及所述投影仪均设于所述外壳内，每一相机包括一摄像镜头，所述投影仪包括一投影镜头，全部摄像镜头以及所述投影镜头并拍摄于所述外壳的正面。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
本发明的用于投影光栅建模的成像装置能够快速获取低高度物体的模型，而且使投影光栅建模的精度更高，建立的模型更加保真。
附图说明
图1为本发明实施例1的成像方法的流程图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例提供一种用于投影光栅建模的成像装置，所述成像装置包括至少两个相机、一投影仪以及一处理器。
所述处理器包括美国德州仪器公司的型号为DLP LightCrafter 4500的开发板。
所述成像装置包括一外壳，所述相机以及所述投影仪均设于所述外壳内。
每一相机包括一摄像镜头，所述投影仪包括一投影镜头，全部摄像镜头以及所述投影镜头并拍摄于所述外壳的正面。
所述处理器用于标定所述至少两个相机以及投影仪；
所述投影仪用于对一平面区域投射若干帧结构光图像；
对于每一相机，所述处理器用于根据所述相机拍摄的若干帧结构光影像获取所述平面区域上影像的包裹相移；
根据每一相机的包裹相移，所述处理器用于利用极限匹配获取平面区域上影像的绝对相移。
所述投影仪用于对所述平面区域上目标物体投射若干帧结构光图像；
所述处理器用于根据所述相机拍摄目标物体的若干帧结构光影像获取所述目标物体的波动相移；
所述处理器用于根据所述波动相移以及所述绝对相移获取所述目标物体的三维模型。
所述相机的数量为两个，所述处理器根据所述相机拍摄目标物体的3帧结构光影像获取所述目标物体的波动相移。
参见图1，利用上述成像装置，本实施例还体用一种成像方法，包括：
步骤100、所述处理器标定所述至少两个相机以及投影仪；
步骤101、所述投影仪对一平面区域投射若干帧结构光图像；
步骤102、对于每一相机，所述处理器根据所述相机拍摄的若干帧结构光影像获取所述平面区域上影像的包裹相移；
步骤103、根据每一相机的包裹相移利用极限匹配获取平面区域上影像的绝对相移。
步骤104、所述投影仪对所述平面区域上目标物体投射若干帧结构光图像；
步骤105、所述处理器根据所述相机拍摄目标物体的若干帧结构光影像获取所述目标物体的波动相移；
步骤106、所述处理器根据所述波动相移以及所述绝对相移获取所述目标物体的三维模型。
本实施例中，所述相机的数量为两个，所述处理器根据所述相机拍摄目标物体的3帧结构光影像获取所述目标物体的波动相移。
具体地，所述处理器分别连接相机以及所述投影仪，所述处理器向所述相机及所述投影仪分别发送触发信号；
每一相机包括一摄像镜头，所述投影仪包括一投影镜头，摄像镜头的拍摄方向与所述投影镜头的投影方向均对准所述平面区域；
对于相机、投影仪的标定，步骤100包括：
所述平面区域上设有一可移除的标定图案；
对于每一相机，所述相机拍摄仅有标定图案的平面区域为标定影像，所述处理器利用所述标定影像标定所述相机，并获取相机标定数据；
所述投影仪向所述平面区域投射至少2个亮度的标定图片；
每一相机拍摄所述平面区域上每个亮度的标定图片为图片影像；
所述处理器利用全部相机标定数据以及全部图片影像进行投影仪以及相机之间的标定。
其中，所述投影仪向所述平面区域投射至少2个亮度的标定图片，包括：
所述投影仪向所述平面区域投射至少2个灰度的标定图片；
在其他实施例中，所述投影仪向所述平面区域投射一标定图片，并在所述标定图片上投射至少2个灰度的灰度影像。
所述平面区域上设有一可移除的标定图案包括：
所述平面区域上显示标定图案，所述标定图案的颜色可变；
每一相机向所述处理器传输至少2个颜色的标定图案的标定影像；
所述处理器通过每一相机的标定影像标定每一相机。
所述标定图案的颜色可变，本实施例通过下述方式实现：
所述平面区域包括一供电模块以及一显示面板，所述显示面板上设有电致变色染料，所述供电模块与所述电致变色染料连接。
另外，所述标定图案的颜色可变还可以通过其他方式实现：
所述平面区域为一半透明白板，所述半透明白板的正面印制所述标定图案，所述半透明白板的背面设有若干LED灯，所述LED灯的照明方向对准所述半透明白板；
所述成像方法包括：
所述处理器控制所述LED灯的亮度；
所述处理器还向所述控制芯片发送调节亮度信号后，向所述相机发送触发信号。
另外，所述标定图案的颜色可变还可以通过其他方式实现：
所述平面区域为液晶平面区域，所述液晶平面区域显示预设图案，所述预设图案的形状与所述标定图案的形状相同，预设图案的颜色可变。
本实施例的用于投影光栅建模的成像装置能够快速获取低高度物体的模型，而且使投影光栅建模的精度更高，建立的模型更加保真。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于投影光栅建模的成像方法，其特征在于，所述成像方法通过一成像装置实现，所述成像装置包括至少两个相机、一投影仪以及一处理器，所述成像方法包括：
所述处理器标定所述至少两个相机以及投影仪；
所述投影仪对一平面区域投射若干帧结构光图像；
对于每一相机，所述处理器根据所述相机拍摄的若干帧结构光影像获取所述平面区域上影像的包裹相移；
根据每一相机的包裹相移利用极限匹配获取平面区域上影像的绝对相移。
2.如权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述成像方法包括：
所述投影仪对所述平面区域上目标物体投射若干帧结构光图像；
所述处理器根据所述相机拍摄目标物体的若干帧结构光影像获取所述目标物体的波动相移；
所述处理器根据所述波动相移以及所述绝对相移获取所述目标物体的三维模型。
3.如权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述相机的数量为两个，所述处理器根据所述相机拍摄目标物体的3帧结构光影像获取所述目标物体的波动相移。
4.如权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述处理器分别连接相机以及所述投影仪，所述处理器向所述相机及所述投影仪分别发送触发信号；
每一相机包括一摄像镜头，所述投影仪包括一投影镜头，摄像镜头的拍摄方向与所述投影镜头的投影方向均对准所述平面区域；
所述成像方法包括：
所述平面区域上设有一可移除的标定图案；
对于每一相机，所述相机拍摄仅有标定图案的平面区域为标定影像，所述处理器利用所述标定影像标定所述相机，并获取相机标定数据；
所述投影仪向所述平面区域投射至少2个亮度的标定图片；
每一相机拍摄所述平面区域上每个亮度的标定图片为图片影像；
所述处理器利用全部相机标定数据以及全部图片影像进行投影仪以及相机之间的标定。
5.如权利要求4所述的成像方法，其特征在于，所述投影仪向所述平面区域投射至少2个亮度的标定图片，包括：
所述投影仪向所述平面区域投射至少2个灰度的标定图片；或，
所述投影仪向所述平面区域投射一标定图片，并在所述标定图片上投射至少2个灰度的灰度影像。
6.如权利要求4所述的成像方法，其特征在于，所述平面区域上设有一可移除的标定图案包括：
所述平面区域上显示标定图案，所述标定图案的颜色可变；
每一相机向所述处理器传输至少2个颜色的标定图案的标定影像；
所述处理器通过每一相机的标定影像标定每一相机。
7.如权利要求6所述的成像方法，其特征在于，所述平面区域包括一供电模块以及一显示面板，所述显示面板上设有电致变色染料，所述供电模块与所述电致变色染料连接。
8.如权利要求6所述的成像方法，其特征在于，所述平面区域为一半透明白板，所述半透明白板的正面印制所述标定图案，所述半透明白板的背面设有若干LED灯，所述LED灯的照明方向对准所述半透明白板；
所述成像方法包括：
所述处理器控制所述LED灯的亮度；
所述处理器还向所述控制芯片发送调节亮度信号后，向所述相机发送触发信号。
9.如权利要求6所述的成像方法，其特征在于，所述平面区域为液晶平面区域，所述液晶平面区域显示预设图案，所述预设图案的形状与所述标定图案的形状相同，预设图案的颜色可变。
10.一种用于投影光栅建模的成像装置，其特征在于，所述成像装置包括至少两个相机、一投影仪以及一处理器，所述成像装置用于实现如权利要求1至9中任意一项所述的成像方法，所述处理器包括美国德州仪器公司的型号为DLP LightCrafter 4500的开发板，所述成像装置包括一外壳，所述相机以及所述投影仪均设于所述外壳内，每一相机包括一摄像镜头，所述投影仪包括一投影镜头，全部摄像镜头以及所述投影镜头并拍摄于所述外壳的正面。
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