CN1238691C - 组合立体视像、彩色3d数字化和运动捕捉的系统 - Google Patents

组合立体视像、彩色3d数字化和运动捕捉的系统 Download PDF

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Abstract

一种组合有目标物体的立体视像、彩色3D数字化和运动捕捉功能的数字化器，包括：一第一彩色照相机；一第二彩色照相机；一第一投影部分，具有一向各照相机的有源3D距离传感器提供光的第一白色光投影器，和在第一光投影器前面的用于在目标物体的表面投影一编码图案的光栅部分；一第二投影部分，具有一提供用于获取目标物体的纹理信息的照明的第二白色光投影器；一底部，第一和第二照相机与第一和第二投影部分彼此以固定的相互位置关系安装于底部上，照相机的光轴汇聚于同一点，光投影器中的一个的光轴与照相机的光轴在该点相交；和一通信端口，用于接收设定照相机和光投影器的操作的控制信号和传送来自照相机的视频信号。以及一种数字化系统和一种数字化目标物体的方法。

Description

组合立体视像、彩色3D数字化和运动捕捉的系统
技术领域
本发明涉及一种组合目标物体的立体视像(stereovision)、彩色3D数字化和运动捕捉功能的数字化器，一种利用该数字化器的数字化系统以及相应的数字化和运动寻迹的方法。
背景技术
最近几年，3D数字化、特别是非接触光学3D数字化技术已经广泛应用。这些技术大多是基于光学三角测量的原理。虽然用于摄影测量的无源光学三角测量(立体视像)已经被研究和使用多年，但有源光学三角测量技术(特别是激光扫描技术)的使用却更加广泛，这是因为它可以很容易的使用计算机处理获得的数据。大多数基于有源光学三角测量原理的系统都用于工业，如机器人技术装配，自动导航，工业检查，反向工程等。向一物体的3D表面上投射一激光束或一激光条纹，并在表面上散射该激光束或激光条。利用一光电装置进行测量。从而可测量到一指示测量点的位置(通常为深度)的信号。在大多数情况下，基本的测量为点或截面表面。机械或光学扫描装置通常用于提供一3D测量框架。激光为单色光源，它不能提供全彩色信息。因此，当需要彩色结构时，需要使用另外的照相机和光源。
新型的光学彩色3D数字化器，如本发明的生产线，已经出现。这些系统利用了与CCD照相机组合的构造的白色光投影器，可进行表面的3D几何和彩色纹理的测量。透射的构成的光(由一相机从不同于光投射角观察的)由于3D表面的起伏而变形。可通过分析该变形来计算该表面的3D坐标。这些系统可用于计算机模拟，特技和电子游戏中。
另一方面，无源光学三角测量(例如立体视像)被广泛的用于运动捕捉。由于只需测量有限数目的点，因此该应用中对应问题(通常从两个光学传感器、照相机自动寻找物体表面上的一个点)不是主要的问题。这些点通常利用可见标记进行标示。
立体视像的其它应用为立体3D显示。不需在3D空间判断物体上一些点的3D坐标，它只是简单的需要在监视器(TV或计算机监视器)上显示一对立体图，从而可看到一图像的3D透视图。一个可能的结构是利用两个照相机捕捉一对图像，它们可观察到该物体的视差效应。然后，用左眼观察这对立体图像中的一幅图像，用右眼观察另一幅图像。人脑可很容易的将这两幅图像合成，从而就看到该物体的3D图像。
通常，该现有的3D数字化系统和光学运动捕捉系统对因特网应用和大多数消费者应用来说复杂和过于昂贵。大多数这些系统引入了光学、光电、机械、和电子单元。因此需要特殊技术人员来操作这种数字化器。另外，现有的系统只能分别进行3D数字化和运动捕捉功能。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种组合有捕捉立体视像、彩色3D数字化和运动捕捉功能的数字化器。
本发明的另一个目的是提供一利用该数字化器的系统，它的结构简单，可简单使用和用于因特网和大众消费者的应用，如通过因特网、3D网页、电子商务、脱机和网上游戏以及其它需要3D数字化和/或运动捕捉措施的应用。
本发明的另一目的是提供用于目标物体数字化和运动寻迹的方法，它可利用个人计算机和简单的发光和视频照相机部件实现。
根据本发明，提供一种组合有目标物体的立体视像、彩色3D数字化和运动捕捉的数字化器，包括：
一第一彩色照相机；
一第二彩色照相机；
一第一投影部分，具有一向各照相机的有源3D距离传感器提供光的第一白色光投影器，和在第一光投影器前面用于在目标物体的表面投影一编码图案的光栅部分；
一第二投影部分，具有一提供用于获取目标物体的纹理信息的照明的第二白色光投影器；
一底部，第一和第二照相机与第一和第二投影部分彼此以固定的相互位置关系安装于其上，照相机的光轴汇聚于同一点，光投影器中的一个的光轴与照相机的光轴在该点相交；且
一通信端口，与照相机和光投影器相连，用于接收设定照相机和光投影器的操作的控制信号和传送来自照相机的视频信号。
还包括灯驱动器板，灯驱动器板分别与灯投影器相连并控制相应灯投影器，和一主控板，主控板连接在通信端口和灯驱动板之间。
根据本发明，还提供一种数字化系统，该系统包括一上述的数字化器和一具有与数字化器的通信端口连接的端口的计算机，该系统通过产生对立体视像、彩色3D数字化和运动捕捉的控制信号，控制数字化器的操作，并用于处理通过端口接收到的视频信号和产生作为处理结果的数字化数据。其中数字化数据可以包括物体的数字化图像、可以包括物体的条纹3D模型、可以包括立体图像对。以及数字化的数据可以包括3D位置和控制点的轨迹。
根据本发明，还提供了一种用于数字化目标物体的方法，包括以下步骤：
在物体没有其它照明的情况下利用第一和第二彩色照相机捕捉物体的基础图像，所述第一和第二照相机的光轴汇聚于同一点，且光轴彼此呈一定角度，从而使所述第一和第二照相机的视野在包括该同一点的测量深度上有一显著重叠部分；
利用具有投影的编码图案的白色光照明该物体；
利用所述第一和第二照相机捕捉结构图像；
利用不具有图案的白色光照明该物体；
利用所述第一和第二照相机捕捉纹理图像；
识别结构图像中的编码图案元素；
确定这些元素的位置从而产生一组测量的点；
利用关于所述第一和第二照相机的位置和校正的校准信息，确定测量的点的3D坐标；
确定对应纹理图像中的各测量点的坐标，并产生该物体的数字化图像。
最好是，本发明的系统将引入实时或准实时地捕捉并传输一对立体图像、获得表面的3D坐标与彩色纹理和捕捉一定数目的给定点的位移的元素组合。该数据捕捉过程被简化以使数字化器的操作尽可能的自动化。根据本发明的系统，该3D模型可先由一些位于模块表面的可识别控制点来创建。然后，可实时或准实时的获得这些控制点的3D位置，从而控制或动画制作整个模型。
照相机可观察有源光投影器产生的不一致。而且两个照相机捕捉的一对图像之间也存在不一致。该数字化器可通过数字端口，如USB或其它标准高速连接器与计算机相连。计算机控制照相机和相应光投影器。可利用一快照按钮启动以3D测量过程。数字化器可被安装在一旋转桌面上，利用计算机直接控制该旋转桌面的旋转。还可以将目标物体放置在旋转桌面上，从而可以得知该旋转物体的角度位置。
最好是，系统提供至少三种功能。
首先，一对照相机可以以视频速率捕捉一对立体视像图像。当这两个图像被显示在监视器上时，该监视器向左眼发送一个图像，向右眼发送另一图像，从而产生一立体3D图像。这些图像可通过高速链接(例如因特网、T1、T3)传输到另一计算机。
第二，组合光投影器和两个照相机，数字化器向一表面的3D坐标的测量提供纹理信息。通过一光投影器和两个照相机将编码的图案投影到物体的表面。根据物体的表面起伏，从照相机的角度看投影的图案变形。利用细微的校正技术，通过测量投影的图案的变形，可确定该表面上一些点的3D坐标。原则上，一个照相机和一个光投影器的结合可执行该3D坐标的测量。覆盖一共同空间的两个或多个照相机与一个光投影器的结合使用可以实现三个主要优点。首先，各照相机获得的3D测量的加权平均值可实现更好的3D测量。第二，该结构克服了由堵塞效应引起的很多问题。第三，两个照相机从不同视角观察投影的图案，从而可以获得对投影图案在不连续表面的变形的更好解释。测量的3D坐标可通过高速链接传送到另一计算机。
第三功能是进行3D空间中有限数目点的运动捕捉。当在一表面上使用一些标记时，可以相对较容易的确定这些点的3D位置。还可能利用物体上的一些公知的点，如外皮，嘴唇、眼睑、眼睛等的特性。当然，照相机观察的3D空间必须被校正，且照相机捕捉到的给定点的不一致可进行误差估计，从而计算出它的3D位置。当被测量的点的数目很低时，甚至可能每秒几次的确定这些点的3D位置。该数据可用于控制物体或模型的运动。该数据可通过高速链接传送到其它计算机。
运动轨迹跟踪，即分析由任何一个或两个安装在旋转桌上的照相机捕捉到的场景中的一物体的动态运动，可利用本发明的系统而实现。可利用一伺服控制来控制(实时的)旋转桌的旋转，从而使数字化器可跟踪物体的动态运动。一用户，现场的或异地的，也可向计算机发送指令，从而指导数字化器到所需的方向。由于伺服控制提供了旋转桌的确切位置，因此很显然旋转桌上安装的数字化器覆盖的整个3D空间被校正为该数字化器的已知的几何空间。这个功能使覆盖一更大空间以执行本装置的三个基本功能成为可能。
除了将数字化器安装在旋转桌上，有时，还可以将物体方便地安装在该桌上。这种结构简化了将3D物体的多个视图合成以创建一完整的3D模型的操作。一个3D数字化器能测量一个目标的一个单个视图的3D表面。为了创建一完整的物体模型，需要捕捉该物体的不同视图。当物体被放置在受控的旋转桌面上时，可以获知各视图相对其它视图的精确位置。从而很容易的在公共的3D坐标系统中记录多个视图，并将它们合成创建一完整的3D模型。
附图说明
下面将参照附图说明本发明最佳实施例，其中相同的附图标记表示相同的单元。
图1为本发明数字化系统的可能工作环境的示意图。
图2A为本发明数字化器的前视图。
图2B为简要的示出本发明数字化器的内部方块图。
图3为本发明的数字化系统，该系统具有一安装在旋转桌上的数字化器。
图4示出本发明数字化系统，该系统具有一置于旋转桌上的目标物体。
图5示出本发明数字化器中可能的使用的图案。
图6示出本发明数字化器的可能的控制系统。
具体实施方式
参照图2B，该图示出数字化器1的实施例，该数字化器1组合了目标物体，如图4中所示的物体35或图1中所示的人体17的立体视像、彩色3D数字化和运动捕捉的功能。该数字化器1具有一第一投影部分，该第一投影部分包括一第一白光投影器3，该第一白光投影器3与投影器3前面的光栅单元5光耦合，用于通过投影透镜4最佳地提供光中的编码图案的投影，并引导至目标物体上。数字化器1具有一第二投影部分，该第二投影部分包括一通过另一投影透镜7最佳地提供不具有图案的光的第二白光投影器6。具有透镜9的第一彩色照相机8和具有透镜11的第二彩色照相机10位于投影部分旁边。可分别利用灯驱动器板12、13操作光投影器3、6，该灯驱动器板12、13通过外围接口15，如USB端口，与主控制板14连接。该主控制板14和照相机8、10分别与端口15链接，使计算机2可通过电缆16进行通信往来。数字化器1的各个部件最好封装在壳套18中。
参照图2A，使具有投影透镜4、7的投影部分最好垂直放置，且一个位于另一个的上面并彼此成一定角度排列，从而使两个投射的光区域在指定的测量距离内彼此覆盖。同样的，具有投影透镜9、11的照相机最好水平放置，且彼此相距一定空间。这样，照相机和投影部分就以十字相互对称形式排列。
参照图2B，光栅单元5用投影透镜4投影的光可控制的产生一条纹图案36，例如图5所示的图案。该照相机8、10位于投影透镜4和7的侧边，且彼此成一定角度，从而使照相机8、10具有指向被照明物体表面的视域19、20(见图1)，且这两个视域在物体测量的深度上彼此最大化的重叠。照相机8、10的各视频输出端产生的视频信号表示具有彼此重叠的视域19、20产生的共同图像部分的物体的互补图像。照相机8、10可为CCD照相机，它们各自的视频输出与端口15连接，该端口最好位于壳体18的后侧。
参照图5，编码的投影图案36包括一2D图案。该图案为一彩色线序列。最佳的图案为白、黑、黄、黑、绿、黑、青、和黑序列的重复。该序列重复，例如10次。在第五序列中红紫色参考条纹37替换了最后的黑线。线的方向可为垂直、水平或任何角度。线的宽度在图案的任何地方都相同。它们也可以不同。红紫色线作为识别参考条纹，该参考线具有可利用预定函数在照相机8、10捕捉的图像中可确定的绝对3D位置。参考条纹37最好定位为可使照相机8、10在目标17、35(如图1和4)的整体范围内捕捉参考条纹37。
参照图2B，投影透镜4的光轴应该与投影图案的表面垂直。该透镜4的孔径和它的焦距应该被调节为使投影的图案在整个测量的深度都足够清晰。
照相机透镜9、11的光轴与投影透镜4、7的光轴在距离装置的同一距离处相交。这四个光轴在同一点相交，该点通常为该装置的光学中心。照相机8的光轴和投影透镜4的光轴确定了距离测量的灵敏度，特指投影透镜4的光轴方向上的深度。该角度越大，深度测量的灵敏度越高。相反，为了保持两个照相机8、10覆盖的一定测量深度上的重叠区域至少等于各照相机8、10的视域19、20的80-90％，该角度不应太大。由于投影的图案36为彩色线的重复图案，因此不可能对相同颜色的线进行区分。因此，该测量只在超过特定测量深度时才变得不模糊。投影部分和相机8、10的光轴之间的角度越大，不模糊的深度就越小。
一但数字化器1被安装，系统的光学和机械结构就固定了。为了获得3D数据，要校准系统。在校准过程中，投影图案36的单元的位置和它们距离与测量系统之间的关系就被确定。
参照图6，数字化器1的照相机8、10、光投影器3、6和主控制板14可由一具有，例如，三个提供适当电压的输出21、22、23的电源供电，该电源通过最好位于壳体18的后侧的连接器24接收能量。
参照图1和6，本发明利用数字化器1的系统具有计算机2，该计算机有一端口38，用于从照相机8、10获取视频信号，并从计算机2向主控制板14发送指令。计算机2可处理照相机8、10处传来的视频信号。计算机2还可以获得具有投影图案36的图像、不具有图案的图像和具有均匀白光照明的图像的方式初始化测量序列，并控制两个光投影器3、6。这种获取和投影器的控制最好通过主控制板14，由计算机2通过与端口15连接的线缆16进行控制。
最好是，3D数字化的测量过程如下。首先没有照明的情况下由照相机8、10获取图像。然后光投影器3被供电，从而产生将投影到物体17上的图案。照相机8、10获取具有投影图案的图像。然后，断开投影部分3的光源的电源和给投影部分6的光源供电，从而产生一测量空间的均匀白色光照明。照相机8、10获取具有均匀白色照明的图像。在具有投影图案的将被测量的物体的图像中识别投影图案的元素。在具有投影图案的将被测量的物体的图像中确定投影图案的元素的位置。该步骤产生一组测量的点。通过校准信息确定所有测量点的3D坐标。另外进一步确定对应获得的具有均匀白色照明的纹理图像中各测量的点的坐标。
对每一个记录序列，在适当的软件程序中处理一组视频图像，从而从该结构图像中获得3D信息以及纹理信息。可以利用不同的算法，从利用投影的结构光的视频图像中获得形状和纹理信息。大多数这些算法都是基于条纹或线的识别和定位。
这些算法的第一步骤是检测所得图像中的投影的条纹。图像处理算法用于分割这些条纹，从而确定图像的各像素所属哪个条纹的一部分。一旦这些条纹被分割，则可通过搜索条纹的最大密度或计算一条纹的密度分配重心，确定图像中所有条纹中所有条纹的位置。如果使用彩色条纹，则可确定各条纹的彩色。
编码为投影图案的参考条纹37(见图5)最好是可通过它的彩色被唯一识别。3D数字化处理中的下一步骤是分割和定位获得的图像中的参考条纹37。对大多数线，参考条纹的位置是随后知道的。对图像中的各线，根据它们的颜色，将条纹从参考条纹到图像的边缘进行编号。只要物体不大于非含糊的深度，则该彩色可正确对条纹编号。然后将被识别的条纹的位置从实际坐标转换为实际单元，如毫米。对与光投影器3一起工作的各照相机8、10，在独立校准步骤中创建一校准表。该校准表可用几何单元中的3D坐标转换被识别的条纹的测量位置。
该转换函数可为：
(x，y，z)T＝f(u，j，n)
其中：(x，y，z)T为实际坐标；
n是被识别的条纹的数目；
j是图像中的一条线，该图像中条纹n被识别；
u是线j中条纹n的位置。
当根据相机8或10获得的一组图像的所有3D坐标测量值产生一点云(point cloud)时，对点云的各点，对只有均匀白色光照明获得的坐标和纹理图像进行计算，确定一彩色纹理向量。
对各像素，计算机2可确定只有白色光投影时获得的图像的各像素的彩色，从而确定红、绿和蓝色信道对应三个信道中最大一个的比率。
然后通过向结构光投影时获得的图像中对应像素提供这些比率的倒数，实现彩色增强。
对相机8和10执行3D数字化处理，产生两个独立的3D模型。在最后一个步骤中，合成这两个模型。可通过校准处理得到模型的相对位置，从而通过利用圆柱投影或立方投影算法，实现模型和纹理的合成。
然后获得目标的一个单独全部数字化图像，该图像作为结构光投影时图像的各线中的检测到的最大条纹的实际3D位置和结构光投影的实际3D位置、合成到数字化图像中的纹理图像之间的空间关系函数。
参照图4，当将被测量的目标物置于通过电缆34与计算机2连接的用于捕捉多面视图的旋转桌面32上时，计算机2精确控制旋转的位置，从而可得到各视图之间的相对位置。直接将多个部分模型放在一起即可创造一完整的模型。
参照图6，主控制板14通过线缆16与计算机2之间接收和发射信号。在所述实施例中，主控制板14具有一CPU26、一USB接口27、用于数据和程序的RAM和PROM存储器28以及输入/输出单元29。该主控制板识别的命令为，例如：重置数字化器1；将光投影器3的光打开和关闭；将光投影器6的光打开和关闭；开始数字化过程。
灯驱动器板12、13通过主控制板14接收开/关信号。光投影器3、6的密度可通过分压器30、31手动调节。
参照图1和2，为了实现立体显示，两个照相机8、10获得的图像首先被传送到主计算机2，然后计算出一对立体图像，该图像在被传送到另一计算机(图中未示出)前最好被压缩。如果需要，第二计算机接收到的图像被解压缩并显示在监视屏幕33上。为了看到一3D立体图像，这两个图像中一个需要用左眼看，另一个需要用右眼看。这可通过利用LCD百叶窗镜片(图中未示出)同步显示这两个图像来实现。
对运动捕捉功能，照相机8、10观察到的不一致在这些照相机8、10的共同的3D空间校准。然后可以确定两个照相机捕捉到的一个对应点的3D位置。还开发一种实时的不一致测量的方法，从而确保以准视频率进行有限的点的运动捕捉。
参照图3，可以对运动中的物体进行寻迹。计算机2控制的旋转桌32的使用是为了使数字化器1追随运动的物体。该装置具有有限的测量空间。为了将物体保持在测量空间的中心，图像由照相机8、10获得，并被传送到计算机2。随后的视频图像之间的差别被判断并用于计算物体的位移。计算机2控制旋转桌32，从而将物体保持在测量空间的中心。
在运动捕捉模式中，计算机2可操作，从而从第一和第二照相机8、10输出的视频信号中并行的获得图像序列。当检测到相机8的图像和相机10的图像中的控制点之间不同时，然后检测各序列中的第一图像中的控制点，并在图像序列中对其进行跟踪。也可利用这些不同和包括照相机的相对位置和角度排列的信息，确定对应从相机8、10中同时获得的图像的控制点的3D位置。可以分别产生控制点的轨道作为控制点的3D位置的序列。控制点可由例如物体上的特别标记或物体图像中具有高密度导数的点形成。
控制器2具有可用于数字化数据的压缩和解压缩功能，以及通过计算机2的通信端口传送数字化数据的功能。
虽然最好对投影器3和6使用白色光，但其它颜色的光根据需要也可使用。投影器3、6中可具有孔径和快门机构(图中未示出)。如果需要，数字化器1中使用的照相机8、10可具有可调节的增益特性。
通过上面结合附图的最佳实施例的说明，本领域技术人员很容易在不脱离本发明实质的基础上进行改变和修改。所有这些改变和修改都应被认为处于附加权利要求中限定的本发明的范围内。

Claims (29)

1.一种组合有目标物体的立体视像、彩色3D数字化和运动捕捉功能的数字化器，包括：
一第一彩色照相机；
一第二彩色照相机；
一第一投影部分，具有一向各照相机的有源3D距离传感器提供光的第一白色光投影器，和在第一光投影器前面的用于在目标物体的表面投影一编码图案的光栅部分；
一第二投影部分，具有一提供用于获取目标物体的纹理信息的照明的第二白色光投影器；
一底部，第一和第二照相机与第一和第二投影部分彼此以固定的相互位置关系安装于底部上，照相机的光轴汇聚于同一点，光投影器中的一个的光轴与照相机的光轴在该点相交；和
一通信端口，与照相机和光投影器相连，用于接收设定照相机和光投影器的操作的控制信号和传送来自照相机的视频信号。
2.如权利要求1所述的数字化器，其特征在于：第一和第二投影部分彼此以一定角度排列，从而使投影的光的范围在从投影部分起的一定测量距离内彼此重叠，第一和第二照相机彼此以一定角度排列，从而使照相机的视野在测量距离周围的测量深度上具有一显著重叠部分。
3.如权利要求2所述的数字化器，其特征在于：
编码的图案包括重复的彩色线系列，彩色线中的一个作为可识别的参考，该可识别的参考具有在利用上述功能的第一投影部分提供光照明时由照相机捕捉的图像中可确定的绝对3D位置。
4.如权利要求3所述的数字化器，其特征在于：彩色线序列包括白、黑、黄、黑、绿、黑、青、和黑，最接近第一投影部分光轴的黑线由一红紫色参考线代替。
5.如权利要求1所述的数字化器，其特征在于：第一投影部分具有一投影透镜，该透镜与第一光投影器光耦合，且其光轴垂直于编码图案的表面。
6.如权利要求2所述的数字化器，其特征在于：第一和第二光投影器中的另一个的光轴在同一点与照相机的光轴相交，对称安装的投影部分和照相机以十字形排列。
7.如权利要求6所述的数字化器，其特征在于：第一投影部分具有一与第一光投影器光耦合的投影透镜，第一照相机的光轴与该投影透镜的投影轴呈一定角度，该角度被调节为使各照相机的视野有大于或等于80％重叠。
8.如权利要求1所述的数字化器，其特征在于：照相机工作，通信端口传输照相机响应与立体视像功能相关的控制信号中的控制数据以视频速率捕捉到的立体图像。
9.如权利要求1所述的数字化器，其特征在于：第一光投影器接通，通信端口传输照相机响应与彩色3D数字化功能相关的控制信号中的控制数据捕捉到的图像。
10.如权利要求1所述的数字化器，其特征在于：通信端口传输照相机响应与运动捕捉功能相关的控制信号中的控制数据而捕捉到的图像。
11.如权利要求1所述的数字化器，其特征在于：还包括灯驱动器板，灯驱动器板分别与灯投影器相连并控制相应灯投影器，和一主控板，主控板连接在通信端口和灯驱动板之间。
12.如权利要求1所述的数字化器，其特征在于：还包括一封装照相机和投影部分的壳体，底部为壳体的构成整体所需要的部分。
13.一种数字化系统，包括：
一组合目标物体的立体视像、彩色3D数字化和运动捕捉功能的数字化器，包括：
一第一彩色照相机；
一第二彩色照相机；
一第一投影部分，具有一向各照相机的有源3D距离传感器提供光的第一白色光投影器，和在第一光投影器前面用于在目标物体的表面投影一编码图案的光栅部分；
一第二投影部分，具有一提供用于获取目标物体的纹理信息的照明的第二白色光投影器；
一底部，第一和第二照相机与第一和第二投影部分彼此以固定的相互位置关系安装于底部上，照相机的光轴汇聚于同一点，光投影器中之一的光轴与照相机的光轴在该点相交；和
一通信端口，与照相机和光投影器相连，用于接收设定照相机和光投影器的操作的控制信号和传送照相机的视频信号；和
一具有与数字化器的通信端口连接的端口的计算机，该计算机通过产生对立体视像、彩色3D数字化和运动捕捉的控制信号，来控制数字化器的操作，并且计算机用于处理通过端口接收到的视频信号和产生作为处理结果的数字化数据。
14.如权利要求13所述的数字化系统，其特征在于：彩色3D数字化功能包括一使计算机连续进行的建模过程：
在投影器没有对物体照明的情况下从照相机的视频信号中获取基础图像；
在第一投影器对物体照明的情况下从照相机的视频信号中获取结构图像；
在第二投影器对物体照明的情况下从照相机的视频信号中获取纹理图像；
识别结构图像中的编码图案元素；
确定这些元素的位置从而产生一组测量的点；
利用存储在计算机中的校准信息，确定测量的点的3D坐标；
确定对应纹理图像中的各测量点的坐标，以产生该物体的数字化图像，数字化数据包括物体的数字化图像。
15.如权利要求14所述的数字化系统，其特征在于：
通过检测结构图像中投影的条纹识别各元素，投影的条纹形成结构图像中识别的编码图案的元素，投影的条纹被分割；
通过寻找条纹的最大密度或计算条纹密度分配的重心，确定结构图像的线性条纹的相对位置，从而确定元素的位置，条纹的位置形成测量的点；和
通过以下步骤确定3D坐标：根据其特征的一个区别特征定位结构图像中的参考条纹，计算对应该特征的从结构图像的参考条纹到边缘的条纹，将条纹的相对位置转换为对应参考条纹的现实世界的实际坐标，并利用对应各照相机各校准操作中创建的校准表，将实际坐标位置转换为几何单元中的3D坐标，该校准表形成校准信息。
16.如权利要求15所述的数字化系统，其特征在于：
该特征的一个区别特征为彩色，根据彩色对条纹进行计数；
利用以下函数进行转换：
(x，y，z)T＝f(u，j，n)
其中：(x，y，z)T为实际坐标的位置；
n是条纹的数目；
j是图像中对应条纹n的线的数目；
u是线j中条纹n的位置。
通过根据从相机之一获得的一组图像中获得的3D坐标产生一点云，并通过从对应该点云的各点的坐标和条纹图像确定一彩色纹理向量，来确定条纹图像中的坐标。
17.如权利要求16所述的数字化系统，其特征在于：计算机还可判断对应点云中各点，各红、绿和蓝色信道与信道最大值的比率，并将向结构图像中对应点提供这些比率的倒数。
18.如权利要求16所述的数字化系统，其特征在于：对第一和第二照相机得到的图像分别执行建模过程，从而产生以后将组合在一起的两个独立的3D模型组合。
19.如权利要求13所述的数字化系统，其特征在于：还包括一由计算机控制的旋转桌面，用于在物体的条纹3D模型创建中数字化器和物体中一个的旋转，数字化的数据包括物体的条纹3D模型。
20.如权利要求13所述的数字化系统，其特征在于：立体视像功能使计算机计算一对具有3D情景印象的立体图像，数字化的数据包括立体图像对。
21.如权利要求13所述的数字化系统，其特征在于：运动捕捉使计算机：
从第一和第二照相机的视频信号中并行地获取图像序列；
检测各序列中的第一图像中的控制点；
跟踪图像序列中的控制点；
判断第一照相机的图像和第二照相机的图像中的控制点之间的不一致；
利用该不一致和包括照相机的相对位置和角度排列的校正信息，判断对应第一和第二照相机同时采集的一些图像的控制点的3D位置；和
分别按照控制点的3D位置的顺序，产生控制点的轨迹，数字化的数据包括3D位置和控制点的轨迹。
22.如权利要求21所述的数字化系统，其特征在于：该控制点包括位于物体上的特殊标记。
23.如权利要求21所述的数字化系统，其特征在于：控制点包括具有高的密度导数的物体的图像中的点。
24.如权利要求13所述的数字化系统，其特征在于：计算机还具有对数字化数据的压缩和解压缩功能。
25.如权利要求13所述的数字化系统，其特征在于：计算机还通过计算机的通信端口传送数字化数据。
26.一种数字化目标物体的方法，包括以下步骤：
在没有对物体照明的情况下用第一和第二彩色照相机获取物体的基础图像，所述第一和第二照相机的光轴汇聚于一点，且彼此以一定角度对准，从而使所述第一和第二照相机在包括该点的测量深度上，具有显著的重叠视野；
用具有投影的编码图案的白色光照明该物体；
利用所述第一和第二照相机捕捉结构图像；
用不具有图案的白色光照明物体；
利用所述第一和第二照相机捕捉纹理图像；
识别结构图像中的编码图案元素；
确定这些元素的位置从而产生一组测量的点；
利用关于所述第一和第二照相机的位置和排列的校准信息，确定测量的点的3D坐标；
确定对应纹理图像中各测量点的坐标，以产生物体的数字化图象。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于：
通过检测结构图像中投影的条纹识别各元素，投影的条纹形成结构图像中识别的编码图案的元素，投影的条纹被分割；
通过寻找条纹的最大密度或计算条纹密度分配的重心，确定结构图像的线性条纹的相对位置，从而确定元素的位置，条纹的位置形成测量的点；和
通过以下步骤确定3D坐标：根据其特征的一个区别特征定位结构图像中的参考条纹，计算对应该特征的从结构图像的参考条纹到边缘的条纹，将条纹的相对位置转换为对应参考条纹的现实世界的实际坐标，并利用对应各照相机在各校准操作中创建的校准表，将实际坐标位置转换为几何单元中的3D坐标，该校准表形成校准信息。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于：
特征的一个区别特征为彩色，根据彩色对条纹进行计数；
利用以下函数进行转换：
(x，y，z)T＝f(u，j，n)
其中：(x，y，z)T为实际坐标的位置；
n是条纹的数目；
j是图像中对应条纹n的线的数目；
u是线j中条纹n的位置。
通过根据从相机之一获得的一组图像中获得的3D坐标产生一点云，并从对应该点云的各点的坐标和条纹图像确定一彩色纹理向量，确定条纹图像中的坐标。
29.如权利要求28所述的方法，还包括以下步骤：
对点云中的各点，确定各红、绿和蓝色信道与信道最大值的比率；和
向结构图像中对应点提供这些比率的倒数。
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