CN112565733B - 基于多相机同步拍摄的三维成像方法、装置及拍摄系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多相机同步拍摄的三维成像方法、装置及拍摄系统，所述方法应用于控制盒，所述方法包括：在接收用户的拍摄指令时，从多个相机中查找第一相机；通过所述信号线缆将所述拍摄指令发送至所述第一相机，以使所述第一相机组开始拍摄并触发生成第一电平变化信号，将所述电平变化信号发送至串联连接的第二相机，供第二相机开始拍摄并触发生成第二电平变化信号，使多台相机同步触发拍摄；分别获取所述多台相机分别对拍摄的图像进行解析和计算后生成的轮廓图像，得到多张轮廓图像，将所述多张轮廓图像合成的三维图像。本发明通过控制多台相机同步拍摄，可以得到物体表面完整的轮廓图像，从而不会出现合成后图像错位的情况。

Description

基于多相机同步拍摄的三维成像方法、装置及拍摄系统

技术领域

本发明涉及成像与图像处理技术领域，尤其涉及一种基于多相机同步拍摄的三维成像方法、装置及拍摄系统。

背景技术

随着三维扫描技术的进一步发展及其广泛引用，将其用于三维物体的多方位扫描，然后利用计算机建立物体的三维数字模型，在现实生活中的运用已越来越普遍。但凡在工业设计、机器视觉、地貌测量、3D打印、医学信息等领域都可见其应用。

拍摄一个三维物体表面轮廓图像时，受限于角度因素，一个相机不可能对物体的表面形成完整覆盖，需要利用多个相机在不同角度进行同步拍摄，然后针对拍摄结果进行合成，才能形成一幅完整的轮廓图像。

如果需要拍摄的物体处于运动状态，那么不同相机的拍摄时间是有先后顺序的，但现有的技术在拍摄时，由于拍摄时间不一致，导致合成后的结果出现图像错位，使得拍摄的图像与物体不相符，导致合成的图像效果差。

发明内容

本发明提出一种基于多相机同步拍摄的三维成像方法、装置及拍摄系统，所述方法可以解决因拍摄的时间不同而导致拍摄的图像与实务相差较远，使得成像效果差的技术问题。

本发明一实施例提供了一种基于多相机同步拍摄的三维成像方法，应用于控制盒，所述控制盒通过信号线缆分别与多台相机相互连接，所述多个相机依次串联连接，所述方法包括：

在接收用户的拍摄指令时，从多个相机中查找第一相机，所述第一相机为多台相机组中第一个触发拍摄的相机，且所述第一相机的输入端口通过所述信号缆线与所述控制盒连接；

通过所述信号线缆将所述拍摄指令发送至所述第一相机，以使所述第一相机组开始拍摄并触发生成第一电平变化信号，将所述电平变化信号发送至串联连接的第二相机，供第二相机开始拍摄并触发生成第二电平变化信号，使多台相机同步触发拍摄；

分别获取所述多台相机分别对拍摄的图像进行解析和计算后生成的轮廓图像，得到多张轮廓图像，将所述多张轮廓图像合成的三维图像。

进一步的，每台相机均设有LED投射器；

在所述通过所述信号线缆将所述拍摄指令发送至所述第一相机的步骤前，所述方法还包括：

响应所述拍摄指令开启所述LED投射器，并将所述LED投射器调整为连续光模式，以使所述预设光源持续对物体提供光照；

向待拍摄物体的表面和背景投射所述LED投射器的光源，以使待拍摄物体产生结构光。

进一步的，所述将所述LED投射器调整为连续光模式，包括：

将所述LED投射器的当前闪烁频率值调整至预设闪烁频率值，所述预设闪烁频率值为人眼不能分辨的最低闪烁频率值；

以所述LED投射器的当前光照模式为连续光模式。

进一步的，还涉及计算终端，所述计算终端与所述控制盒连接；

所述计算终端用于接收用户的操作指令生成并发送拍摄指令至所述控制盒，并为所述控制盒提供供电电源。

相应的，本发明一实施例还提供了一种基于多相机同步拍摄的三维成像装置，应用于控制盒，所述控制盒通过信号线缆分别与多台相机相互连接，所述多个相机依次串联连接，所述装置包括：

查找模块，用于在接收用户的拍摄指令时，从多个相机中查找第一相机，所述第一相机为多台相机组中第一个触发拍摄的相机，且所述第一相机的输入端口通过所述信号缆线与所述控制盒连接；

发送模块，用于通过所述信号线缆将所述拍摄指令发送至所述第一相机，以使所述第一相机组开始拍摄并触发生成第一电平变化信号，将所述电平变化信号发送至串联连接的第二相机，供第二相机开始拍摄并触发生成第二电平变化信号，使多台相机同步触发拍摄；

成像模块，用于分别获取所述多台相机分别对拍摄的图像进行解析和计算后生成的轮廓图像，得到多张轮廓图像，将所述多张轮廓图像合成的三维图像。

进一步的，每台相机均设有LED投射器；

所述装置还包括：

开启模块，用于响应所述拍摄指令开启所述LED投射器，并将所述LED投射器调整为连续光模式，以使所述预设光源持续对物体提供光照；

投射模块，用于向待拍摄物体的表面和背景投射所述LED投射器的光源，以使待拍摄物体产生结构光。

进一步的，所述开启模块还用于：

将所述LED投射器的当前闪烁频率值调整至预设闪烁频率值，所述预设闪烁频率值为人眼不能分辨的最低闪烁频率值；

以所述LED投射器的当前光照模式为连续光模式。

相应的，本发明一实施例还提供了一种拍摄系统，包括计算终端、控制盒和多台相机；

所述计算终端通过电源导线与所述控制盒连接，所述控制盒通过信号线缆分别与多台相机连接；

其中，多台相机均设有输入端口与输出端口，第一相机的输出端口与第二相机的输入端口连接，第二相机的输出端口与第三相机的输入端口连接，如此类推以使多台相机依次串联连接。

相应的，本发明一实施例还提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的基于多相机同步拍摄的三维成像方法。

相应的，本发明一实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如上所述的基于多相机同步拍摄的三维成像方法。

相比于现有技术，本发明实施例提供的方法及装置，其有益效果在于：本发明可以先将多个相机组的相机的触发电平设置成相同的电平，再通过拍摄系统接收指令并控制多个相机组进行工作，实现同步控制，同时多个相机组相互之间通过信号线缆进行连接，再触发一个相机组后，被触发的相机组可以触发下一个相机组工作，由于信号线缆的延迟可以忽略不计，从而可以将多个组相机同步触发，实现多相机组的同步触发和同步精准拍摄，并且整个方法不需要加装任何装置，简单有效，大大提高了三维成像的效果。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种基于多相机同步拍摄的三维成像方法的流程示意图；

图2是本发明一实施例提供的控制盒和相机的连接示意图；

图3是本发明一实施例提供的一种基于多相机同步拍摄的三维成像装置的结构示意图；

图4是本发明一实施例提供的一种拍摄系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如果需要拍摄的物体处于运动状态，那么不同相机的拍摄时间是有先后顺序的，但现有的技术在拍摄时，由于拍摄时间不一致，导致合成后的结果出现图像错位，使得拍摄的图像与物体不相符，导致合成的图像效果差。

为了解决上述问题，下面将通过以下具体的实施例对本申请实施例提供的一种基于多相机同步拍摄的三维成像方法进行详细介绍和说明。

参照图1，示出了本发明一实施例提供的一种基于多相机同步拍摄的三维成像方法的流程示意图，在本实施例中，所述基于多相机同步拍摄的三维成像方法可以应用于控制盒，所述控制盒通过信号线缆分别与多台相机相互连接，所述多个相机依次串联连接。

参照图2，示出了本发明一实施例提供的控制盒和相机的连接示意图。所述控制盒通过电源线与所述计算终端连接，所述控制盒通过信号线缆与多个相机连接，所述多个相机通过信号线缆相互之间串联连接。同时所述控制盒分别给多个相机进行供电。

在本实施例中，控制盒还可以与计算终端连接，该计算终端可以为计算机，该控制盒可以通过电源线与计算终端连接。计算终端可以为控制盒提供电源，同时计算终端可以接收用户的不同操作指令，并根据用户的不同操作指令生成对应的拍摄指令，将拍摄指令发送至控制盒，从而通过控制盒控制多台相机进行拍摄。

为了能完整还原物体在不同角度下的轮廓图像，需要在不同角度进行同步拍摄。每一组相机组相互之间可以以相同或不同的角度差设置，从而能准确抓拍好三维物体在不同状态下的表面轮廓图像。

例如，设置有10台相机，每台相机可以在同一横切面内以36度的角度差间隔设置，又例如设置3台相机，每台相机相互之间以120度的角度差在同一横切面内间隔设置。

具体地，多台相机均设有输入端口与输出端口，可以通过输入端口与输出端口将多台相机串联连接。例如，第一台相机的输入端口与控制盒的输出端口连接，第一台相机的输出端口与第二台相机的输入端口连接，第二台相机的输出端口与第三台相机的输入端口连接，如此类推。

其中，作为示例的，所述基于多相机同步拍摄的三维成像方法可以包括：

S11、在接收用户的拍摄指令时，从多个相机中查找第一相机，所述第一相机为多台相机组中第一个触发拍摄的相机，且所述第一相机的输入端口通过所述信号缆线与所述控制盒连接。

该拍摄指令是用户在计算终端执行确定操作后，由计算终端生成的指令。由于多台相机相互之间串联在一起，控制盒可以查找与控制盒的输出端口连接的相机为第一相机。具体地，第一相机为输入端口与控制盒的输出端口连接的相机。

S12、响应所述拍摄指令开启所述LED投射器，并将所述LED投射器调整为连续光模式，以使所述预设光源持续对物体提供光照。

在本实施例中，每台相机均设有LED投射器，并以该LED投射器作光源使用。

拍摄时，相机需要等待LED投射器照射曝光后才能完成拍摄，该LED投射器主要部件是LED，提前设定好光源可以减少相机的等待时间，提高拍摄效率。

但在每一次的拍摄过程中，相机都要经历一次触发，再控制LED投射器闪烁进行曝光，从而才能完成一次拍摄。这样的方式，在持续拍摄的过程中，频繁的灯光闪烁对人眼来说是极为不舒服的，而且拍摄效率低，为了确保相机能拍摄，可以将光源调整至连续光模式，使得光源可以持续不闪烁。

为了解决上述问题，其中，作为示例的，步骤S12可以包括以下子步骤：

子步骤S121、将所述LED投射器的当前闪烁频率值调整至预设闪烁频率值，所述预设闪烁频率值为人眼不能分辨的最低闪烁频率值。

子步骤S122、以所述LED投射器的当前光照模式为连续光模式。

在本实施例中，连续光是一种概念，是指投射器LED以一种高频率的方式进行闪烁。当闪烁的频率超过了人眼所能分辨的范围，那么可以认为是LED是没有闪烁的。

通过设置连续光，不但可以减少LED灯闪烁对人眼带来的伤害，也可以让相机连续拍摄，从而提高拍摄效率

S13、向待拍摄物体的表面和背景投射所述LED投射器的光源，以使待拍摄物体产生结构光。

由于三维成像需要利用光的投射才能实现，所以需要用LED投射器投射特定的光源到物体表面后及背景后，再由摄像头或相机采集，才能根据相机和摄像头采集的图像进行三维成像。

S14、通过所述信号线缆将所述拍摄指令发送至所述第一相机，以使所述第一相机组开始拍摄并触发生成第一电平变化信号，将所述电平变化信号发送至串联连接的第二相机，供第二相机开始拍摄并触发生成第二电平变化信号，使多台相机同步触发拍摄。

由于控制盒的输出端口通过信号缆线与第一相机的输入端口连接，控制盒可以通过信号缆线将拍摄指令发送至第一相机，第一相机在获取拍摄指令后，当前的电平发生变化，例如从低电平变成高电平或从高电平变成低电平，然后启动开始拍摄。并且由于多个相机组相互之间也以信号线缆连接，且第一相机的输出端口与第二相机的输入端口连接，第一相机在接收拍摄指令并发生电平变化后，第一相机可以触发生成第一电平变化信号，例如从低电平变成高电平的上升沿信号，并通过信号线缆将第一电平变化信号发送至下一台相机，使得下一台相机也从低电平变成高电平并开始拍摄，同时下一台相机也可以触发生成第二电平变化信号，例如上升沿信号，再通过信号线缆将上升沿信号发送至再下一台相机，如此类推。

例如，四个相机分别为A、B、C、D，连接顺序为A、B、C、D依次串联。其中相机A的输入端口与控制盒的输出端口连接，在控制盒接收到拍摄指令时，控制盒将拍摄指令发送至相机A，相机A接收拍摄指令后从低电平变成高电平并开始拍摄，同时相机A触发生成上升沿信号，并通过信号线缆将上升沿信号发送至相机B，使得相机B从低电平变成高电平并开始拍摄，同时相机B也触发生成上升沿信号，并通过信号线缆将上升沿信号发送至相机C，如此类推。

使用信号线缆传输信号的时延几乎以微妙为单位，完全可以忽略不计，从而当第一相机开始拍摄时，多台相机也开始拍摄，从而可以减少各个相机组之间拍摄的延迟时间，提高拍摄效率。

S15、分别获取所述多台相机分别对拍摄的图像进行解析和计算后生成的轮廓图像，得到多张轮廓图像，将所述多张轮廓图像合成的三维图像。

由于三维成像需要在不同角度同步拍摄图像进行成像还原，可以获取每个相机组在同一个时间节点中拍摄的图像，再将同一时间节点的多张图像进行三维解析和计算，最后进行合并得到三维图像。

在本实施例中，本发明实施例提供了一种基于多相机同步拍摄的三维成像方法，其有益效果在于：本发明可以在接收拍摄指令后控制多个相机组进行工作，实现同步控制，同时多个相机组相互之间通过信号线缆进行连接，再触发一个相机组后，被触发的相机组可以触发下一个相机组工作，由于信号线缆的延迟可以忽略不计，从而可以将多个组相机同步触发，实现多相机组的同步触发和同步精准拍摄，并且整个方法不需要加装任何装置，简单有效，大大提高了三维成像的效果。

本发明实施例还提供了一种基于多相机同步拍摄的三维成像装置，参见图3，示出了本发明一实施例提供的一种基于多相机同步拍摄的三维成像装置的结构示意图。

所述基于多相机同步拍摄的三维成像装置，应用于控制盒，所述控制盒通过信号线缆分别与多台相机相互连接，所述多个相机依次串联连接。

其中，作为示例的，所述基于多相机同步拍摄的三维成像装置可以包括：

查找模块301，用于在接收用户的拍摄指令时，从多个相机中查找第一相机，所述第一相机为多台相机组中第一个触发拍摄的相机，且所述第一相机的输入端口通过所述信号缆线与所述控制盒连接；

发送模块302，用于通过所述信号线缆将所述拍摄指令发送至所述第一相机，以使所述第一相机组开始拍摄并触发生成第一电平变化信号，将所述电平变化信号发送至串联连接的第二相机，供第二相机开始拍摄并触发生成第二电平变化信号，使多台相机同步触发拍摄；

成像模块303，用于分别获取所述多台相机分别对拍摄的图像进行解析和计算后生成的轮廓图像，得到多张轮廓图像，将所述多张轮廓图像合成的三维图像。

进一步的，每台相机均设有LED投射器；

所述装置还包括：

开启模块，用于响应所述拍摄指令开启所述LED投射器，并将所述LED投射器调整为连续光模式，以使所述预设光源持续对物体提供光照；

投射模块，用于向待拍摄物体的表面和背景投射所述LED投射器的光源，以使待拍摄物体产生结构光。

进一步的，所述开启模块还用于：

将所述LED投射器的当前闪烁频率值调整至预设闪烁频率值，所述预设闪烁频率值为人眼不能分辨的最低闪烁频率值；

以所述LED投射器的当前光照模式为连续光模式。

进一步的，本发明实施例还提供了一种拍摄系统，参见图4，示出了本发明一实施例提供的一种拍摄系统的结构示意图。

其中，作为示例的，包括计算终端、控制盒和多台相机；

所述计算终端通过电源导线与所述控制盒连接，所述控制盒通过信号线缆分别与多台相机连接；

其中，多台相机均设有输入端口与输出端口，第一相机的输出端口与第二相机的输入端口连接，第二相机的输出端口与第三相机的输入端口连接，如此类推以使多台相机依次串联连接。

进一步的，本申请实施例还提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述实施例所述的基于多相机同步拍摄的三维成像方法。

进一步的，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如上述实施例所述的基于多相机同步拍摄的三维成像方法。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于多相机同步拍摄的三维成像方法，其特征在于，应用于控制盒，所述控制盒通过信号线缆分别与多台相机相互连接，所述多台相机依次串联连接，所述方法包括：

在接收用户的拍摄指令时，从所述多台相机中查找第一相机，所述第一相机为所述多台相机中第一个触发拍摄的相机，且所述第一相机的输入端口通过所述信号线缆与所述控制盒连接；

通过所述信号线缆将所述拍摄指令发送至所述第一相机，以使所述第一相机开始拍摄并触发生成第一电平变化信号，将所述第一电平变化信号发送至串联连接的第二相机，供第二相机开始拍摄并触发生成第二电平变化信号，使多台相机同步触发拍摄；

分别获取所述多台相机分别对拍摄的图像进行解析和计算后生成的轮廓图像，得到多张轮廓图像，将所述多张轮廓图像合成为三维图像；

每台相机均设有LED投射器；

在所述通过所述信号线缆将所述拍摄指令发送至所述第一相机的步骤前，所述方法还包括：

响应所述拍摄指令开启所述LED投射器，并将所述LED投射器调整为连续光模式，以使预设光源持续对物体提供光照；

向待拍摄物体的表面和背景投射所述LED投射器的光源，以使待拍摄物体产生结构光；

所述将所述LED投射器调整为连续光模式，包括：

将所述LED投射器的当前闪烁频率值调整至预设闪烁频率值，所述预设闪烁频率值为人眼不能分辨的最低闪烁频率值；

以所述LED投射器的当前光照模式为连续光模式。

2.根据权利要求1所述的基于多相机同步拍摄的三维成像方法，其特征在于，还涉及计算终端，所述计算终端与所述控制盒连接；

所述计算终端用于接收用户的操作指令生成并发送拍摄指令至所述控制盒，并为所述控制盒提供供电电源。

3.一种基于多相机同步拍摄的三维成像装置，其特征在于，应用于控制盒，所述控制盒通过信号线缆分别与多台相机相互连接，所述多台相机依次串联连接，所述装置包括：

查找模块，用于在接收用户的拍摄指令时，从所述多台相机中查找第一相机，所述第一相机为所述多台相机中第一个触发拍摄的相机，且所述第一相机的输入端口通过所述信号线缆与所述控制盒连接；

发送模块，用于通过所述信号线缆将所述拍摄指令发送至所述第一相机，以使所述第一相机开始拍摄并触发生成第一电平变化信号，将所述第一电平变化信号发送至串联连接的第二相机，供第二相机开始拍摄并触发生成第二电平变化信号，使多台相机同步触发拍摄；

成像模块，用于分别获取所述多台相机分别对拍摄的图像进行解析和计算后生成的轮廓图像，得到多张轮廓图像，将所述多张轮廓图像合成为三维图像；

每台相机均设有LED投射器；

所述装置还包括：

开启模块，用于响应所述拍摄指令开启所述LED投射器，并将所述LED投射器调整为连续光模式，以使预设光源持续对物体提供光照；

投射模块，用于向待拍摄物体的表面和背景投射所述LED投射器的光源，以使待拍摄物体产生结构光；

所述开启模块还用于：

将所述LED投射器的当前闪烁频率值调整至预设闪烁频率值，所述预设闪烁频率值为人眼不能分辨的最低闪烁频率值；

以所述LED投射器的当前光照模式为连续光模式。

4.一种拍摄系统，其特征在于，包括计算终端、控制盒和多台相机，所述控制盒适用于如权利要求1-2任意一项所述的基于多相机同步拍摄的三维成像方法；

所述计算终端通过电源导线与所述控制盒连接，所述控制盒通过信号线缆分别与多台相机连接；

其中，多台相机均设有输入端口与输出端口，第一相机的输出端口与第二相机的输入端口连接，第二相机的输出端口与第三相机的输入端口连接，如此类推以使多台相机依次串联连接。

5.一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-2任意一项所述的基于多相机同步拍摄的三维成像方法。

6.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求1-2任意一项所述的基于多相机同步拍摄的三维成像方法。

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