CN110119731A - 三维图像处理的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及三维图像处理的装置及方法。本公开的实施例涉及一种三维扫描装置，其包含成像传感器及处理器。所述成像传感器具有第一感测区域及第二感测区域。所述第一感测区域经配置以获得物体的第一组图像且所述第二感测区域经配置以获得所述物体的第二组图像。所述处理器经配置以基于所述第一组图像建立第一组模型及基于所述第二组图像建立第二组模型。所述处理器进一步经配置以比对所述第一组模型及所述第二组模型的相似度。

Description

三维图像处理的装置及方法
技术领域
本公开涉及用于处理三维图像的装置及方法，特别是有关用于三维建模的装置及方法。
背景技术
三维扫描装置或立体扫描装置主要用于对被扫描物体进行扫描，以获得所述物体表面空间坐标及信息(如物体或环境的几何构造、颜色、表面反照率等性质)，其获得的数据通常被用来进行三维建模，以建立所述被扫描物体的三维模型。所建立的三维模型可用于如医学信息、工业设计、机器人导引、地貌测量、生物信息、刑事鉴定、立体列印等领域。
在部分应用领域上(如齿模重建)，由于待扫描物体容易反光(如牙齿上有口水附着)，待扫描物体反射的光线会造成三维扫描装置的传感器上的部分区域过亮，致使传感器上过亮区域的数据判读异常，进而影响重建模型的准确度。因此，极需能够在易反光物体上进行精准扫描的三维扫描装置。
发明内容
本公开的实施例涉及一种三维扫描装置，其包含成像传感器及处理器。所述成像传感器具有第一感测区域及第二感测区域。所述第一感测区域经配置以获得物体的第一组图像且所述第二感测区域经配置以获得所述物体的第二组图像。所述处理器经配置以基于所述第一组图像建立第一组模型及基于所述第二组图像建立第二组模型。所述处理器进一步经配置以比对所述第一组模型及所述第二组模型的相似度。
本公开的另一实施例涉及一种三维建模的方法，所述方法包含：(a)获得物体的第一组图像；(b)获得所述物体的第二组图像；(c)基于所述第一组图像建立第一组模型；(d)基于所述第二组图像建立第二组模型；及(e)比对所述第一组模型及所述第二组模型的相似度。
附图说明
图1是根据本公开的部分实施例的一种三维扫描装置的方块示意图。
图2A及2B是根据本公开的部分实施例的一种三维建模的方法。
图3A、3B及3C是根据本公开的部分实施例的成像传感器的示意图。
图4是根据本公开的部分实施例的一种三维建模的方法的流程图。
具体实施方式
图1是根据本公开的部分实施例的一种三维扫描装置100的方块示意图。根据本公开的部分实施例，所述三维扫描装置100可对立体物体进行三维扫描及/或三维建模，以建立关联于所述立体物体的数字立体模型。根据本公开的部分实施例，所述三维扫描装置100可进一步耦合到三维列印装置(未显示于图中)，以通过所述三维列印装置列印所建立的三维模型。如图1所示，所述三维扫描装置100包括图像检索元件110、控制器120及处理器130。
所述图像检索元件110(或成像传感器)经配置以检索待扫描物体的三维图像信息或特征点。根据本公开的部分实施例，所检索的三维图像信息或特征点可包含但不限于待扫描物体的几何构造、颜色、表面反照率、表面粗糙度、表面曲率、表面法向量、相对位置等。所述图像检索元件110可包含一个或多个镜头或光源模块。所述图像检索元件110的镜头可以是定焦镜头、变焦镜头或其组合。所述图像检索元件110的光源模块可经布置以发出均匀的光束，以在光源不足的环境下进行照明补偿。根据本公开的部分实施例，所述光源模块可以是发光二极管光源或其它任何合适的光源。
所述控制器120与所述图像检索单元110连接，并经配置以控制所述图像检索元件110检索待扫描物体的三维图像信息或特征点。在部分实施例中，所述控制器120可具有其一种或多种类型的传感器，其经配置以在预定的条件下控制所述图像检索元件110进行图像检索。例如，所述控制器120可具有加速度传感器，其经配置以在检测到所述三维扫描装置100移动时，控制所述图像检索元件110进行图像检索。例如，所述控制器120可具有位置传感器，其经配置以在所述三维扫描装置100移动预定距离时，控制所述图像检索元件110进行图像检索。例如，所述控制器120可具有定时器，其经配置以在预定时间控制所述图像检索元件110进行图像检索。在部分实施例中，所述控制器120可集成于所述图像检索单元110或所述处理器130中。在部分实施例中，所述控制器120可省略，而由所述处理器130取代上述所述控制器120的行为。
所述处理器130连接到所述图像检索元件110，并经配置以接收及处理所述图像检索元件110所检索的待扫描物体的三维图像信息或特征点。根据本公开的部分实施例，所述图像检索元件110所检索的三维图像信息或特征点可透过有线发射或无线发射(如蓝牙、Wi-Fi、近场通讯(NFC)等)方式传送到所述处理器130。所述处理器130可具有存储器单元(如随机存取存储器(RAM)、快闪存储器(Flash)等)，其用以存储所述图像检索元件110所检索的待扫描物体的一组或多组三维图像信息或特征点。在部分实施例中，所述存储器单元可以是独立于所述处理器130外的元件。所述处理器130经配置以在接收预定数量的待扫描物体的三维图像信息或特征点后，对所述三维图像信息或特征点进行叠合，以建立所述待扫描物体的三维模型。
图2A及2B是根据本公开的部分实施例的一种三维建模的方法。根据本公开的部分实施例，图2A及2B的三维建模的方法可由图1的三维扫描装置100执行。根据本公开的其它实施例，图2A及2B的三维建模的方法可由其它三维扫描装置执行。
图2A公开待扫描物体200及三维扫描装置的部分元件(包含成像传感器211及光源模块212)。根据本公开的部分实施例，所述成像传感器211及光源模块212可包含于如图1所示的图像检索元件110中。根据本公开的其它实施例，所述光源模块212可独立于如图1所示的图像检索元件110外。
所述光源模块212经配置以发射光束L21以照明所述待扫描物体200。根据本公开的部分实施例，所述光源模块212可以是发光二极管光源或其它任何合适的光源。
根据本公开的部分实施例，所述待扫描物体200具有易反光的表面。例如，所述待扫描物体200可以是牙齿，其具有口水附着于其上，所以容易造成光线反射。例如，所述待扫描物体200可以是金属，其表面容易造成光线反射。如此，经过易反光的表面反射后，将会于传感器211产生检索数据的误差，进而造成重建失真与扭曲的三维建模。
所述成像传感器211经配置以将感测区域区分为两个区域211A(第一区域)及211B(第二区域)。根据本公开的部分实施例，除了如图2A所定义的两个区域211A及211B之外，还可如图3A、3B及3C定义两个区域“311A及311B”、“311A'及311B'”及“311A”及311B””。
于具体实施例中，第一感测区域211A与第二感测区域211B的面积比是1:1。
根据本公开的部分实施例，所述成像传感器211的所述区域211A及211B可通过所述三维扫描装置的处理器130所定义。此外，根据不同的设计要求，处理器130可经配置以任意定义所述成像传感器211的两种区域。此外，每一区域并非限定只能包括单一连续区域，以图2A为例，第一区域211A更包含第一区域的第一子区域211A1以及第一区域的第二子区域211A2；相对地，第二区域211B还包含第二区域的第一子区域211B1以及第二区域的第二子区域211B2。
将感测区域区分为两组区域211A及211B后，所述成像传感器211经配置以获得所述待扫描物体200的第一区域211A的第一组图像(或第一组图像信息(或特征点))以及待扫描物体200的第二区域211B的第一组图像。以图2A为例，于时间点t1下，第一区域211A的第一组图像包括第一区域的第一子区域211A1以及第一区域的第二子区域211A2的图像；第二区域211B的第一组图像包括第二区域的第一子区域211B1以及第二区域的第二子区域211B2的图像。
根据本公开的部分实施例，每一区域的第一组图像信息包含几何构造、颜色、表面反照率、表面粗糙度、表面曲率、表面法向量、相对位置等。
当所述三维扫描装置100向图式右方移动继续透过所述成像传感器211以获得所述待扫描物体200的第一区域211A的第二组图像(或第二组图像信息(或特征点))以及待扫描物体200的第二区域211B的第二组图像。以图2B为例，同样地，于时间点t2下，第一区域211A的第二组图像包括第一区域的第一子区域211A1以及第一区域的第二子区域211A2的图像；第二区域211B的第二组图像包括第二区域的第一子区域211B1以及第二区域的第二子区域211B2的图像。
根据本公开的部分实施例，同样地，每一区域的第二组图像信息包含几何构造、颜色、表面反照率、表面粗糙度、表面曲率、表面法向量、相对位置等。
接着，所述三维扫描装置100将所述成像传感器211的第一区域211A于时间点t1及t2下，分别所获得的第一组图像以及第二组图像叠合。同样地，所述三维扫描装置100将所述成像传感器211的第二区域211B于时间点t1及t2下，分别所获得的第一组图像以及第二组图像叠合。
根据本公开的部分实施例，三维扫描装置100经配置以将第一组图像以及第二组图像叠合时，确定第一区域211A所获得的第一组图像以及第二组图像的所有或部分图像的共同图像信息或特征点是否足够进行叠合。同样地，三维扫描装置100经配置以确定第二区域211B所获得的第一组图像以及第二组图像的所有或部分图像的共同图像信息或特征点是否足够进行叠合。
接着，三维扫描装置100经配置以判断是否已结束检索图像。当确定尚未结束检索图像，那么继续检索下一组图像，并再次进行叠合。例如，当确定尚未结束检索图像，三维扫描装置100进行检索第三组图像，并将第三组图像与第二组图像进行叠合。
于具体实施例中，三维扫描装置100检测用户触发按钮，那么判断已结束检索图像。于具体实施例中，当三维扫描装置100未移动时间超过默认时间时或未检索图像超过默认时间时(例如超过10秒钟或超过30秒钟)，那么判断已结束检索图像。
当确定结束检索图像时，三维扫描装置100经配置将上述所有叠合的图像根据区域不同而分别获得所述待扫描物体200的第一组模型及第二组模型。例如，第一区域211A对应第一组模型，第二区域211B对应第二组模型。
根据本公开的部分实施例，所述三维扫描装置经配置以比对第一组模型及第二组模型的相似程度。例如：所述三维扫描装置可通过计算所述第一组模型及所述第二组模型对应的深度图像的信号峰噪声比(Peak Signal-to-Noise Ratio，PSNR)来确定所述第一组模型及所述第二组模型的相似程度。根据本公开的部分实施例，所述第一组模型及所述第二组模型对应的深度图像的PSNR可通过方程式(1)及方程式(2)获得，其中I及P分别代表所述第一组模型及所述第二组模型的m×n深度图像且MAXI代表深度图像的最大数值(例如：如果每个采样点以8位表示，那么MAXI是255)：
当所述三维扫描装置所计算的所述第一组模型及所述第二组模型的对应的深度图像的PSNR大于预定值(如：30dB)时，那么所述三维扫描装置判断此次的三维建模的可信度较高且较为精准。如果所述三维扫描装置所计算的所述第一组模型及所述第二组模型的对应的深度图像的PSNR小于所述预定值，那么所述三维扫描装置判断此次的三维建模的可信度较低，而需重新扫描。
图4是根据本公开的部分实施例的一种三维建模的流程图。根据本公开的部分实施例，图4是如图2A及2B所公开的三维建模的方法的流程图。由于第一区域211A以及第二区域211B所进行的步骤同步地相同，以下仅列出对于第一区域211A进行的步骤。
参考步骤S410(步骤S420)，获得待扫描物体的第一区域的第一组图像。根据本公开的部分实施例，可如图2A的成像传感器211的第一区域211A获得所述待扫描物体200的第一组图像。第一区域211A的第一组图像可包括第一区域的第一子区域211A1以及第一区域的第二子区域211A2的图像。
参考步骤S411(步骤S421)，获得待扫描物体的第一区域的第二组图像。根据本公开的部分实施例，可如图2A的成像传感器211的第一区域211A获得所述待扫描物体200的第二组图像。第一区域211A的第二组图像可包括第一区域的第一子区域211A1以及第一区域的第二子区域211A2的图像。
参考步骤S412(步骤S422)，三维扫描装置经配置以将所述成像传感器211的第一区域211A所获得的第一组图像以及第二组图像叠合。
参考步骤S413(步骤S423)，三维扫描装置100经配置以判断是否已结束检索图像。
当确定尚未结束检索图像，进入步骤S415(步骤S425)，三维扫描装置100经配置以检索第三组图像。接着，返回步骤S412(步骤S422)，以将第三组图像与第二组图像进行叠合。
当确定结束检索图像时，进入步骤S414(步骤S424)，三维扫描装置100经配置将上述所有叠合的图像获得所述待扫描物体200的第一组模型。同样地，三维扫描装置100经配置将对应第二区域211B的所有检索的图像进行叠合以获得所述待扫描物体200的第二组模型。
参考步骤S430，在第一组模型及第二组模型建立完成后(即步骤S414及S424完成后)，比对第一组模型及第二组模型的相似程度。例如：所述三维扫描装置可通过计算所述第一组模型及所述第二组模型对应的深度图像的PSNR来确定所述第一组模型及所述第二组模型的相似程度。当所述三维扫描装置所计算的所述第一组模型及所述第二组模型的对应的深度图像的PSNR大于预定值(如：30dB)时，那么所述三维扫描装置判断此次的三维建模的可信度较高且较为精准。如果所述三维扫描装置所计算的所述第一组模型及所述第二组模型的对应的深度图像的PSNR小于所述预定值，那么所述三维扫描装置判断此次的三维建模的可信度较低，那么重新进行步骤S410-S414及步骤S420-S424。
本公开图1到图4的实施例可用于容易反光的物体的三维重建(或三维建模)。例如，可用于易附着口水的齿模重建、具金属表面的物体的三维重建或其它任何易反光物体的三维重建。传统的三维扫描装置并无法检测到因待扫描物体反射光线所造成检索数据的误差，所以需等到将重建的模型列印出来后才发现所述三维扫描装置所重建的模型与待扫描物体有误差或失真，如此将浪费三维建模的时间及成本。根据本公开图1到图4的实施例，通过三维扫描装置的处理器将图像检索元件或成像传感器的感测区域分为接收待扫描物体反光的区域及未接收待扫描物体反光的区域，并将两种感测区域所重建的模型进行相似程度比对，如此则不需将重建的模型列印出来即可判断所述三维扫描装置所重建的模型是否正确，所以可大幅减少三维建模的时间及成本。
虽然本发明的技术内容与特征如上所述，然而本发明的所属领域的技术人员仍可在不悖离本发明的教导与公开下进行许多变化与修改。因此，本发明的范围并非限定于已公开的实施例而包含不悖离本发明的其它变化与修改，其如下列权利要求书所涵盖的范围。
符号说明
100 三维扫描装置
110 图像检索元件
120 控制器
130 处理器
200 待扫描物体
211 成像传感器
212 光源模块
211A 区域
211A1 第一子区域
211A2 第二子区域
211B 区域
211B1 第一子区域
211B5 第二子区域
311A 区域
311B 区域
311A' 区域
311B' 区域
311A” 区域
311B” 区域

Claims (15)

1.一种三维扫描装置，其包含：
成像传感器，其具有第一感测区域及第二感测区域，所述第一感测区域经配置以获得物体的第一组图像且所述第二感测区域经配置以获得所述物体的第二组图像；及
处理器，其经配置以基于所述第一组图像建立第一组模型及基于所述第二组图像建立第二组模型，所述处理器进一步经配置以比对所述第一组模型及所述第二组模型的相似度。
2.根据权利要求1所述的三维扫描装置，其中所述处理器进一步经配置以计算所述第一组模型及所述第二组模型所对应的深度图像的信号峰噪声比PSNR。
3.根据权利要求2所述的三维扫描装置，其中所述处理器进一步经配置以确定所述信号峰噪声比是否大于预定值。
4.根据权利要求1所述的三维扫描装置，其进一步包含光源模块，其经配置以发射光束到所述物体。
5.根据权利要求1所述的三维扫描装置，其中所述第一感测区域与所述第二感测区域的面积比是1:1。
6.根据权利要求1所述的三维扫描装置，其中所述处理器进一步经配置以检索所述第一组图像的图像信息及所述第二组图像的图像信息。
7.根据权利要求6所述的三维扫描装置，其中所述第一组图像的图像信息或所述第二组图像的图像信息包含所述物体的下列至少一个或其组合：几何构造、颜色、表面反照率、表面粗糙度、表面曲率、表面法向量及相对位置。
8.一种三维建模的方法，所述方法包含：
(a)获得物体的第一组图像；
(b)获得所述物体的第二组图像；
(c)基于所述第一组图像建立第一组模型；
(d)基于所述第二组图像建立第二组模型；及
(e)比对所述第一组模型及所述第二组模型的相似度。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一组图像及所述第二组图像分别由成像传感器的第一感测区域及第二感测区域所获得。
10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包含发射光束以照明所述物体。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一感测区域与所述第二感测区域的面积比是1:1。
12.根据权利要求8所述的方法，其中步骤(e)进一步包含计算所述第一组模型及所述第二组模型所对应的深度图像的信号峰噪声比。
13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包含确定所述信号峰噪声比是否大于预定值。
14.根据权利要求11所述的方法，其进一步包含检索所述第一组图像的图像信息及所述第二组图像的图像信息。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一组图像的图像信息或所述第二组图像的图像信息包含所述物体的下列至少一个或其组合：几何构造、颜色、表面反照率、表面粗糙度、表面曲率、表面法向量及相对位置。
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