CN110163919B - 三维建模方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三维建模方法及装置，所述三维建模方法包括：处理器标定所述相机以及投影仪；处理器获取相机的曝光信息；投影仪对待测物投射若干帧的第一周期的结构光图像，所述第一周期根据所述投影仪的分别率获取；处理器利用所述曝光信息补偿所述结构光影像；处理器判断所述相机拍摄的结构光影像是否过曝，若是则所述投影仪对待测物投射若干帧的第二周期的结构光图像，若否则利用所述结构光影像建模以生成所述待测物的三维模型，其中第二周期是第一周期的2倍。本发明的三维建模装置能够更加清晰的获取反光物的模型，使投影光栅建模的精度更高，建立的模型更加保真。
Description
技术领域
本发明涉及一种三维建模方法及装置。
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对反光物体建模精度低的缺陷。
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对反光物体建模精度低的缺陷，提供一种能够更加清晰的获取反光物的模型，使投影光栅建模的精度更高，建立的模型更加保真的三维建模方法及装置。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种三维建模方法，所述三维建模方法通过一三维建模装置实现，所述三维建模装置包括至少一相机、一投影仪以及一处理器，所述三维建模方法包括：
所述处理器标定所述相机以及投影仪；
所述处理器获取相机的曝光信息；
所述投影仪对待测物投射若干帧的设定周期的结构光图像，所述设定周期根据所述投影仪的分辨率获取，投影仪的分辨率除以周期的数值为正整数；
所述处理器利用所述曝光信息补偿所述结构光图像；
所述处理器判断所述相机拍摄的结构光图像是否过曝，若是则将所述设定周期的数值乘以2作为新的设定周期，然后所述投影仪对待测物投射若干帧的最新设定周期的结构光图像并返回执行所述处理器判断所述相机拍摄的结构光图像是否过曝的步骤，若否则利用所述结构光图像建模以生成所述待测物的三维模型。
较佳地，所述处理器获取相机的曝光信息，包括：
所述投影仪向所述投影屏投射一星状图；
所述相机采集所述星状图的影像并向所述处理器传输影像信号；
所述处理器分析所述影像信号并获取所述影像信号中目标区域的灰度数据；
所述处理器将所述灰度数据与以及所述星状图上的灰度信息对比获取影像采集装置在目标区域的曝光信息。
较佳地，所述三维建模方法包括：
所述处理器从所述星状图的影像中心开始螺旋向外依次选取目标区域；
对于每一目标区域，所述处理器分析所述影像信号并根据所述目标区域所在位置对应的权重获取所述影像信号中目标区域的灰度数据；
其中，目标区域所在位置距离所述影像中心的距离约近，目标区域所在位置对应的权重越大。
较佳地，所述投影仪对待测物投射若干帧的第二目标周期的结构光图像，包括：
所述投影仪对待测物投射若干帧的第二目标周期的结构光图像；
所述处理器判断所述相机拍摄的结构光图像是否过曝，若是则所述投影仪对待测物投射若干帧的第三周期的结构光图像，若否则利用所述结构光图像建模以生成所述待测物的三维模型，其中第三周期是第二周期的2倍，且投影仪的分辨率除以周期的数值为正整数。
较佳地，所述处理器分别连接所述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；
所述相机包括一摄像镜头，所述投影仪包括一投影镜头，所述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投影屏；
所述处理器标定所述相机以及投影仪，包括：
所述投影屏上设有一标定图案；
所述相机拍摄仅有标定图案的投影屏为标定影像；
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；
所述投影仪向所述投影屏投射至少2个亮度的标定图片；
所述相机拍摄所述投影屏上每个亮度的标定图片为图片影像；
所述处理器利用所述相机标定数据以及所述图片影像进行投影仪以及所述相机之间的标定。
较佳地，所述投影仪向所述投影屏投射至少2个亮度的标定图片，包括：
所述投影仪向所述投影屏投射至少2个灰度的标定图片；或，
所述投影仪向所述投影屏投射一标定图片，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，所述投影屏上设有一标定图案包括：
所述投影屏上显示标定图案，所述标定图案的颜色可变；
所述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；
所述处理器通过全部标定影像标定所述相机。
较佳地，所述投影屏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，所述投影屏为一半透明白板，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；
所述三维建模方法包括：
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。
本发明还提供一种三维建模装置，其特征在于，所述三维建模装置包括一相机、一投影仪以及一处理器，所述三维建模装置用于实现如上所述的三维建模方法。
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：
本发明的三维建模装置能够更加清晰的获取反光物的模型，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的三维建模方法的流程图。
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
本实施例提供一种三维建模装置，所述三维建模装置包括至少一相机、一投影仪以及一处理器。在本实施例中，所述相机的数量为1。
所述处理器分别连接所述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；
所述相机包括一摄像镜头，所述投影仪包括一投影镜头，所述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投影屏。
所述处理器用于标定所述相机以及投影仪；
所述处理器用于获取相机的曝光信息；
所述投影仪对待测物投射若干帧的设定周期的结构光图像，所述设定周期根据所述投影仪的分辨率获取，投影仪的分辨率除以周期的数值为正整数；
所述处理器用于利用所述曝光信息补偿所述结构光图像；
所述处理器判断所述相机拍摄的结构光图像是否过曝，若是则将所述设定周期的数值乘以2作为新的设定周期，然后所述投影仪对待测物投射若干帧的最新设定周期的结构光图像并返回执行所述处理器判断所述相机拍摄的结构光图像是否过曝的步骤，若否则利用所述结构光图像建模以生成所述待测物的三维模型。
进一步地，所述投影仪用于向所述投影屏投射一星状图；
所述相机用于采集所述星状图的影像并向所述处理器传输影像信号；
所述处理器用于分析所述影像信号并获取所述影像信号中目标区域的灰度数据；
所述处理器还用于将所述灰度数据与以及所述星状图上的灰度信息对比获取影像采集装置在目标区域的曝光信息。
具体地，所述处理器用于从所述星状图的影像中心开始螺旋向外依次选取目标区域；
对于每一目标区域，所述处理器用于分析所述影像信号并根据所述目标区域所在位置对应的权重获取所述影像信号中目标区域的灰度数据；
其中，目标区域所在位置距离所述影像中心的距离约近，目标区域所在位置对应的权重越大。
所述投影仪还用于对待测物投射若干帧的第二目标周期的结构光图像；
所述处理器还用于判断所述相机拍摄的结构光图像是否过曝，若是则所述投影仪对待测物投射若干帧的第三周期的结构光图像，若否则利用所述结构光图像建模以生成所述待测物的三维模型，其中第三周期是第二周期的2倍，且投影仪的分辨率除以周期的数值为正整数。
参见图1，利用上述三位建模装置，本实施例提供一种三维建模方法，包括：
步骤100、所述处理器标定所述相机以及投影仪；
步骤101、所述处理器获取相机的曝光信息；
步骤102、所述投影仪对待测物投射若干帧的第一周期的结构光图像，所述第一周期根据所述投影仪的分辨率获取；
步骤103、所述处理器利用所述曝光信息补偿所述结构光图像；
步骤104、所述处理器判断所述相机拍摄的结构光图像是否过曝，若是则执行步骤105，若否则执行步骤108
步骤105、将所述设定周期的数值乘以2作为新的设定周期；
步骤106、所述投影仪对待测物投射若干帧的最新设定周期的结构光图像。
步骤107、所述处理器判断所述相机拍摄的结构光图像是否过曝，若是则返回步骤105，若否则执行步骤108。
步骤108、利用所述结构光图像建模以生成所述待测物的三维模型。
在本实施例中，所述投影仪的分辨力为1280，第一周期的取值为20，第二周期的取值为40，以此类推，直到结构光图像未过曝则利用未过曝的周期进行三维建模。
步骤101具体包括：
所述投影仪向所述投影屏投射一星状图；
所述相机采集所述星状图的影像并向所述处理器传输影像信号；
所述处理器分析所述影像信号并获取所述影像信号中目标区域的灰度数据；
所述处理器将所述灰度数据与以及所述星状图上的灰度信息对比获取影像采集装置在目标区域的曝光信息。
其中，所述处理器分析所述影像信号并获取所述影像信号中目标区域的灰度数据，包括：
所述处理器从所述星状图的影像中心开始螺旋向外依次选取目标区域；
对于每一目标区域，所述处理器分析所述影像信号并根据所述目标区域所在位置对应的权重获取所述影像信号中目标区域的灰度数据；
其中，目标区域所在位置距离所述影像中心的距离约近，目标区域所在位置对应的权重越大。
步骤100包括：
所述投影屏上设有一标定图案；
所述相机拍摄仅有标定图案的投影屏为标定影像；
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；
所述投影仪向所述投影屏投射至少2个亮度的标定图片；
所述相机拍摄所述投影屏上每个亮度的标定图片为图片影像；
所述处理器利用所述相机标定数据以及所述图片影像进行投影仪以及所述相机之间的标定。
其中，所述投影仪向所述投影屏投射至少2个亮度的标定图片，包括：
所述投影仪向所述投影屏投射至少2个灰度的标定图片；
或者利用所述投影仪向所述投影屏投射一标定图片，并在所述标定图片上投射至少2个灰度的灰度影像。
进一步地，所述投影屏上设有一标定图案，包括：
所述投影屏上显示标定图案，所述标定图案的颜色可变；
所述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；
所述处理器通过全部标定影像标定所述相机。
所述标定图案的颜色可变的具体实现方式可以为：
第一种，所述投影屏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。
第二种，所述投影屏为一半透明白板，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；
所述三维建模方法包括：
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。
第三种，所述投影屏为液晶投影屏，所述液晶投影屏显示预设图案，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。
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 (9)
1.一种三维建模方法，其特征在于，所述三维建模方法通过一三维建模装置实现，所述三维建模装置包括至少一相机、一投影仪以及一处理器，所述三维建模方法包括：
所述处理器标定所述相机以及投影仪；
所述处理器获取相机的曝光信息；
所述投影仪对待测物投射若干帧的设定周期的结构光图像，所述设定周期根据所述投影仪的分辨率获取，投影仪的分辨率除以周期的数值为正整数；
所述处理器利用所述曝光信息补偿所述结构光图像；
所述处理器判断所述相机拍摄的结构光图像是否过曝，若是则将所述设定周期的数值乘以2作为新的设定周期，然后所述投影仪对待测物投射若干帧的最新设定周期的结构光图像并返回执行所述处理器判断所述相机拍摄的结构光图像是否过曝的步骤，若否则利用所述结构光图像建模以生成所述待测物的三维模型。
2.如权利要求1所述的三维建模方法，其特征在于，所述处理器获取相机的曝光信息，包括：
所述投影仪向投影屏投射一星状图；
所述相机采集所述星状图的影像并向所述处理器传输影像信号；
所述处理器分析所述影像信号并获取所述影像信号中目标区域的灰度数据；
所述处理器将所述灰度数据与以及所述星状图上的灰度信息对比获取影像采集装置在目标区域的曝光信息。
3.如权利要求2所述的三维建模方法，其特征在于，所述三维建模方法包括：
所述处理器从所述星状图的影像中心开始螺旋向外依次选取目标区域；
对于每一目标区域，所述处理器分析所述影像信号并根据所述目标区域所在位置对应的权重获取所述影像信号中目标区域的灰度数据；
其中，目标区域所在位置距离所述影像中心的距离越近，目标区域所在位置对应的权重越大。
4.如权利要求1所述的三维建模方法，其特征在于，所述处理器分别连接所述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；
所述相机包括一摄像镜头，所述投影仪包括一投影镜头，所述摄像镜头的拍摄方向与所述投影镜头的投影方向均对准投影屏；
所述处理器标定所述相机以及投影仪，包括：
所述投影屏上设有一标定图案；
所述相机拍摄仅有标定图案的投影屏为标定影像；
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；
所述投影仪向所述投影屏投射至少2个亮度的标定图片；
所述相机拍摄所述投影屏上每个亮度的标定图片为图片影像；
所述处理器利用所述相机标定数据以及所述图片影像进行投影仪以及所述相机之间的标定。
5.如权利要求4所述的三维建模方法，其特征在于，所述投影仪向所述投影屏投射至少2个亮度的标定图片，包括：
所述投影仪向所述投影屏投射至少2个灰度的标定图片；或，
所述投影仪向所述投影屏投射一标定图片，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所述的三维建模方法，其特征在于，所述投影屏上设有一标定图案包括：
所述投影屏上显示标定图案，所述标定图案的颜色可变；
所述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；
所述处理器通过全部标定影像标定所述相机。
7.如权利要求6所述的三维建模方法，其特征在于，所述投影屏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所述的三维建模方法，其特征在于，所述投影屏为一半透明白板，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；
所述三维建模方法包括：
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。
9.一种三维建模装置，其特征在于，所述三维建模装置包括一相机、一投影仪以及一处理器，所述三维建模装置用于实现如权利要求1至8中任意一项所述的三维建模方法。
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