CN110176065A - 基于空间编码的模型获取方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于空间编码的模型获取方法及装置，所述模型获取方法通过一模型获取装置实现，所述模型获取装置包括一相机、一投影仪以及一处理器，模型获取方法包括：处理器标定所述相机以及投影仪；所述投影仪投射正弦波结构光以及空间编码图像；相机拍摄正弦波结构光生成结构光影像，拍摄空间编码图像生成编码影像；所述处理器根据结构光影像及编码影像的对应关系获取正弦波结构光的绝对相移；所述投影仪在目标物体上投影正弦波结构光；相机拍摄被正弦波结构光投影的目标物体的物体影像；所述处理器根据正弦波结构光的绝对相移以及物体影像获取目标物体的三维模型。本发明具有运算速度快，获取物体的模型的时间短，模型精度较高的优点。

Description

基于空间编码的模型获取方法及装置
技术领域
本发明涉及一种基于空间编码的模型获取方法及装置。
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建模速度慢，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的光栅投影进行三维重建中存在建模速度慢，精度低的缺陷，提供具有运算速度快，获取物体的模型的时间短，模型精度较高的优点的基于空间编码的模型获取方法及装置。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种基于空间编码的模型获取方法，其特点在于，所述模型获取方法通过一模型获取装置实现，所述模型获取装置包括一相机、一投影仪以及一处理器，所述模型获取方法包括：
所述处理器标定所述相机以及投影仪；
所述投影仪投射正弦波结构光以及空间编码图像；
相机拍摄正弦波结构光生成结构光影像，拍摄空间编码图像生成编码影像；
所述处理器根据结构光影像及编码影像的对应关系获取正弦波结构光的绝对相移；
所述投影仪在目标物体上投影正弦波结构光；
所述相机拍摄被正弦波结构光投影的目标物体的物体影像；
所述处理器根据正弦波结构光的绝对相移以及物体影像获取目标物体的三维模型。
较佳地，所述模型获取方法包括：
所述投影仪投射第一周期的正弦波结构光、第二周期的正弦波结构光以及空间编码图像，其中第一周期大于第二周期；
相机拍摄第一周期的正弦波结构光生成第一影像、拍摄第二周期的正弦波结构光生成第二影像以及拍摄空间编码图像生成第三影像。
所述处理器根据第一影像及第三影像的对应关系获取第一周期正弦波结构光的绝对相移；
根据第一周期和第二周期的比例关系获取第二周期正弦波结构光的绝对相移；
所述投影仪在目标物体上投影第二周期正弦波结构光；
所述相机拍摄被第二周期正弦波结构光投影的目标物体的物体影像；
所述处理器根据第二周期正弦波结构光的绝对相移以及物体影像获取目标物体的三维模型。
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平面区域；
所述模型获取方法包括：
所述平面区域上设有一可移除的标定图案；
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；
所述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；
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；
所述模型获取方法包括：
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。
本发明还提供一种基于空间编码的模型获取装置，其特征在于，所述模型获取装置包括一相机、一投影仪以及一处理器，所述模型获取装置用于实现如权利要求1至8中任意一项所述的模型获取方法。
较佳地，所述处理器包括美国德州仪器公司的型号为DLP LightCrafter4500的开发板，所述模型获取装置包括一外壳，所述相机以及所述投影仪均设于所述外壳内，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：
本发明的基于空间编码的模型获取装置具有运算速度快，获取物体的模型的时间短，模型精度较高的优点。。
附图说明
图1为本发明实施例1的模型获取方法的流程图。
图2为本发明实施例1的模型获取方法的另一流程图。
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
本实施例提供一种基于空间编码的模型获取装置，所述模型获取装置包括一相机、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。
所述模型获取装置包括一外壳，所述相机以及所述投影仪均设于所述外壳内，所述相机包括一摄像镜头，所述投影仪包括一投影镜头，所述摄像镜头以及所述投影镜头并拍摄于所述外壳的正面。
在本实施例中所述相机和投影仪为一体型结构，但也可以通过独立的相机和独立的投影仪，利用电脑作为处理器实现本实施例的模型获取装置。
所述处理器用于标定所述相机以及投影仪；
所述投影仪用于投射正弦波结构光以及空间编码图像；
相机用于拍摄正弦波结构光生成结构光影像，拍摄空间编码图像生成编码影像；
所述处理器用于根据结构光影像及编码影像的对应关系获取正弦波结构光的绝对相移；
所述投影仪还用于在目标物体上投影正弦波结构光；
所述相机拍摄被正弦波结构光投影的目标物体的物体影像；
所述处理器根据正弦波结构光的绝对相移以及物体影像获取目标物体的三维模型。
为了进一步提高模型的稳定性，本实施例的模型获取方法通过两个正弦波结构光进行正弦波的相移获取。
所述投影仪用于投射第一周期的正弦波结构光、第二周期的正弦波结构光以及空间编码图像，其中第一周期大于第二周期；
相机用于拍摄第一周期的正弦波结构光生成第一影像、拍摄第二周期的正弦波结构光生成第二影像以及拍摄空间编码图像生成第三影像。
所述处理器用于根据第一影像及第三影像的对应关系获取第一周期正弦波结构光的绝对相移；
所述处理器用于根据第一周期和第二周期的比例关系获取第二周期正弦波结构光的绝对相移；
所述投影仪用于在目标物体上投影第二周期正弦波结构光；
所述相机用于拍摄被第二周期正弦波结构光投影的目标物体的物体影像；
所述处理器用于根据第二周期正弦波结构光的绝对相移以及物体影像获取目标物体的三维模型。
本实施例中，所述投影仪共投影三帧影像，依次是第一周期和第二周期的正弦波结构光以及空间编码，通过正弦波结构光与空间编码的对应关系能够过去正弦波结构光的绝对相移。
本实施例的模型获取装置包括具体的标定相机和投影仪的功能。
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平面区域；
所述平面区域上设有一可移除的标定图案；
所述相机用于拍摄仅有标定图案的平面区域为标定影像；
所述处理器用于利用所述标定影像标定所述相机，并获取相机标定数据；
所述投影仪用于向所述平面区域投射至少2个亮度的标定图片；
所述相机用于拍摄所述平面区域上每个亮度的标定图片为图片影像；
所述处理器用于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。
具体地，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。
两个亮度的标定图片可以通过两种方式之中的一种获得。
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。
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；
所述相机用于向所述处理器传输至少2个颜色的标定图案的标定影像；
所述处理器用于通过全部标定影像标定所述相机。
所述标定图案可变颜色的功能可以通过下述3种方式实现：
方式一，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。
方式二，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；
所述模型获取方法包括：
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。
方式三，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。
图1，利用上述模型获取装置，本实施例还提供一种模型获取方法，包括：
步骤100、所述处理器标定所述相机以及投影仪；
步骤101、所述投影仪投射正弦波结构光以及空间编码图像；
步骤102、相机拍摄正弦波结构光生成结构光影像，拍摄空间编码图像生成编码影像；
步骤103、所述处理器根据结构光影像及编码影像的对应关系获取正弦波结构光的绝对相移；
步骤104、所述投影仪在目标物体上投影正弦波结构光；
步骤105、所述相机拍摄被正弦波结构光投影的目标物体的物体影像；
步骤106、所述处理器根据正弦波结构光的绝对相移以及物体影像获取目标物体的三维模型。
本实施例中空间编码图像为Debruijn序列产生的条纹，本实施例利用空间编码图像与正弦波影像对齐来计算正弦波影像的绝对相移。
参见图2，进一步地，本实施例又提供一种模型获取方法，包括：
步骤200、所述处理器标定所述相机以及投影仪；
步骤201、所述投影仪投射第一周期的正弦波结构光、第二周期的正弦波结构光以及空间编码图像，其中第一周期大于第二周期；
步骤202、相机拍摄第一周期的正弦波结构光生成第一影像、拍摄第二周期的正弦波结构光生成第二影像以及拍摄空间编码图像生成第三影像。
步骤203、所述处理器根据第一影像及第三影像的对应关系获取第一周期正弦波结构光的绝对相移；
步骤204、根据第一周期和第二周期的比例关系获取第二周期正弦波结构光的绝对相移；
步骤205、所述投影仪在目标物体上投影第二周期正弦波结构光；
步骤206、所述相机拍摄被第二周期正弦波结构光投影的目标物体的物体影像；
步骤207、所述处理器根据第二周期正弦波结构光的绝对相移以及物体影像获取目标物体的三维模型。
其中步骤100和步骤200的相机和投影仪的标定方法包括：
平面区域上设有一可移除的标定图案；
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；
所述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。
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；
另外，还可以通过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。也就是想标定图片上打光的方式获取两个亮度的标定图片。
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；
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可以包括通过下述3种实现方法：
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。
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；
所述模型获取方法包括：
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。
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。
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)

1.一种基于空间编码的模型获取方法，其特征在于，所述模型获取方法通过一模型获取装置实现，所述模型获取装置包括一相机、一投影仪以及一处理器，所述模型获取方法包括：
所述处理器标定所述相机以及投影仪；
所述投影仪投射正弦波结构光以及空间编码图像；
相机拍摄正弦波结构光生成结构光影像，拍摄空间编码图像生成编码影像；
所述处理器根据结构光影像及编码影像的对应关系获取正弦波结构光的绝对相移；
所述投影仪在目标物体上投影正弦波结构光；
所述相机拍摄被正弦波结构光投影的目标物体的物体影像；
所述处理器根据正弦波结构光的绝对相移以及物体影像获取目标物体的三维模型。
2.如权利要求1所述的模型获取方法，其特征在于，所述模型获取方法包括：
所述投影仪投射第一周期的正弦波结构光、第二周期的正弦波结构光以及空间编码图像，其中第一周期大于第二周期；
相机拍摄第一周期的正弦波结构光生成第一影像、拍摄第二周期的正弦波结构光生成第二影像以及拍摄空间编码图像生成第三影像；
所述处理器根据第一影像及第三影像的对应关系获取第一周期正弦波结构光的绝对相移；
根据第一周期和第二周期的比例关系获取第二周期正弦波结构光的绝对相移；
所述投影仪在目标物体上投影第二周期正弦波结构光；
所述相机拍摄被第二周期正弦波结构光投影的目标物体的物体影像；
所述处理器根据第二周期正弦波结构光的绝对相移以及物体影像获取目标物体的三维模型。
3.如权利要求1所述的模型获取方法，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所述平面区域；
所述模型获取方法包括：
所述平面区域上设有一可移除的标定图案；
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；
所述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。
4.如权利要求3所述的模型获取方法，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。
5.如权利要求3所述的模型获取方法，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；
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。
6.如权利要求5所述的模型获取方法，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。
7.如权利要求5所述的模型获取方法，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；
所述模型获取方法包括：
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。
8.如权利要求5所述的模型获取方法，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。
9.一种基于空间编码的模型获取装置，其特征在于，所述模型获取装置包括一相机、一投影仪以及一处理器，所述模型获取装置用于实现如权利要求1至8中任意一项所述的模型获取方法。
10.如权利要求9所述的模型获取装置，其特征在于，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，所述模型获取装置包括一外壳，所述相机以及所述投影仪均设于所述外壳内，所述相机包括一摄像镜头，所述投影仪包括一投影镜头，所述摄像镜头以及所述投影镜头并拍摄于所述外壳的正面。
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