CN1271447A - 拍摄并存储光学可收集数据的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种把一个物体的光学可收集数据,拍摄并存储到一个存储媒体中的方法。按照本发明的方法,物体和摄象机处于一定的相对位置,从不同的空间摆放角度,用一台摄象机进行拍摄,从而得到由若干单个照片所组成的一个序列。这些单个照片即可组成一个清晰的成象区域,而且还可以组成一个或多个合成图像。
Description
本发明按照权利要求1从整体上反映的技术方案，涉及一种把一个物体的光学可收集的数据拍摄并存储到一个存储媒体的方法。
这种方法在不同的波长范围内均可使用，例如在红外辐射和紫外辐射、可见光线或热辐射等方面均可使用。按照其波长范围，可以装入各种相应的摄象机和它所需的镜组。所令人感兴趣的物体或者是作为一个整体来拍摄，或是作为一个单个断面来拍摄。每个单个的照片都具有一定的尺寸。根据摄象机的光学部件的调整以及物体与摄象机之间的空间距离的调整，就可以显示出清晰的区域和不太清晰区域的照片。一个在所有各种区域内都清晰的照片是得不到的，因为，只有在所有镜组的焦点之内的那些物体才能清晰地成像。焦点从空间上说是有限的，而且大都小于该物体。如果这个物体是三维的，那么只凭一张照片就不可能把表面的全部区域都清晰地拍摄下来，也不能把在表面下的相邻层只凭一张照片就清晰地拍摄下来。此外，摄象机的光圈也不能张开得太大，这也是很不利的。因此，照片的亮度也就比较小，因为张得太大的光圈可能使景深缩小，因此，可能只有物体的相应的一小部分能够清晰成像。
在现有技术中，例如德国专利说明书第39 31 934 C2号和德国公开说明书第39 05 619 A1号，我们了解到：有一种图象输入装置和一种图象输出装置，它们上面都预先安装了一种聚焦装置。借助于这种聚焦装置，可以使多种不同物体平面的图象输入装置调出非常清晰的图象。为了给各种图象信息拍照，就对光学部件进行不同的调整，这样就可以从一个物体上拍摄到很多图象，并且把由此得出的信息汇总成一个整体，在这一方面必须采用数字的方法。这种已知装置也有其缺点，这就是为了要对其光学部件进行可变的调整，还需要一种机械装置，这种机械装置需具有很高的精确度，以便能移动这些光学部件。而制造这种机械装置是要花昂贵的费用的，而且在使用过程中，它还容易受到损坏、磨损和损伤。此外，由于要进行不同的光学调整，只有在很高的费用开支的情况下，才能达到信息的连接。而且，由于光学部件的改变，每一张照片的比例也会发生变化。
与此相比，按照本发明所述的这种拍摄和存储一个物体的光学可收集数据的方法还有一个优点，这就是只用一台摄象机就可以摄取摆放在不同空间位置，即针对物体与摄象机之间的相对位置的物体的由许多单个照片所组成的一个照片序列。此时光学部件的调整以及由此得出的焦点是仍然不会变化的。因此与现有技术中的已知方法相比较，本发明介绍的这种方法用起来是比较容易的。此时，不再需要那种对光学部件进行精密调整的机械装置了。与已知方法相比较，本发明介绍的方法花费较小，在使用本发明所介绍的方法时，损坏、损伤或磨损都较少。
单个照片所组成的清晰成像的区域是可以确定的，并且可以被合成为一张或多张合成照片。因为在拍摄不同的单个照片时，光学部件是不变的，所以比例也没变。此外，当单个照片进行并合时，也不会发生比例的匹配问题。与已知方法相比较，使用本发明介绍的方法时，信息的合成费用也较低廉。
本发明的方法既能拍摄物体的单张照片，又能用于拍摄胶片。本方法可以将清晰的区域用手工切除或并合，或借助于光圈进行切除或并合，但特别适合的方法是借助于计算机来完成这些工作。当物体为二维时，或物体的合成照片是二维时，这种情况是否足以能够合成为一幅单个的合成照片，或当物体为三维时，物体的不同平面的清晰区域是否能合成为一幅或多幅合成照片，两者中的后者所具有的优点是：在不同的合成照片中能表示出不同的特征。因此，照片的加工将是很容易的，特别是特征的再识别是非常容易的。而且，由于对物体进行辐射的渗透深度不同，从而会得出不同的合成照片。当摄象机的镜头有较大的光圈孔径时，也能够拍摄到一些单个的照片，这也是其优点。在这种情况下，虽然光圈孔径较大，但仍能得到清晰的合成照片。此时，照片对光线的灵敏度提高了，不用在每次拍摄单个照片时都把摄象机调到很清晰了。因为电子技术已然选择出了清晰的图象并把它存储下来，而那些不清晰的图象根本就没有存储，当拍照时，尽管物体发生移动，但仍能得出清晰的合成照片。从每个物体上所拍摄到单个照片的数量取决于有关应用。在一般情况下，有20张左右的单个照片就足够了。在特殊情况下，也可能远远大于此数，例如，要100张以上的单个照片，也可能远远小于此数，例如只要5张单个照片就够了。曝光时间则根据物体和摄象机之间的关系来选取。曝光时间与所希望的每秒钟或每分钟拍摄的单个照片的数量有关。有一些型号的摄象机，例如CCD摄象机，由于有了电子装置从而使曝光时间缩短了。
在要拍摄的物体中，涉及到这样一些对象，例如，机器、结构件、艺术品、装饰件，或其他的贵重物品，或者涉及到人或动物。为了识别人或动物，特别是饲养的各种动物，应该考虑到生物统计学或解剖学方面的特征，并将其摄入单个照片内。无论是物体的故意的移动，还是非故意的移动，均能获得应用信息。平行移动或围绕光轴垂直转动都是可以利用的。因为这样能使摄象机保持较高的分辨率。也可以通过计算的方法来达到较高的分辨率。物体垂直于光轴所进行的平行运动可以充分利用于获得立体的或者是三维的合成图象，在只用一个摄象机时也能拍摄出由单个照片组成的系列照片。在这种情况下，在连续不断拍出的单个照片上，可以描摹出所要拍摄的物体的一定区域，而且它们的清晰程度也是在连续地变化。按这种方式，也可以获得一个物体的地形测量和表面结构方面的信息。
根据在给定时间间隔内拍摄到的多个照片的序列，也可以推断出该物体的动态过程。因此，用这种方法也可以对该物体进行时间分解研究。这样，就可以跟踪并拍摄到该物体的运动。例如，拍摄下来的运动过程可以用来识别或鉴定该物体，或者用来考虑对已知过程进行控制。例如，可以用来识别在某一生产过程中出现的有缺陷的部件，或者辨识某一个人。对一个人的故意运动可以提供补充的信息。
按照本发明所述的方法，将有可能使用孔径大的光圈。在这种情况下，仍然可以达到一定的图象清晰度。
按照本发明所述的方法，还可以把单个照片存储在一台计算机里面。而且，可以借助数字的方法，通过计算机来研究由单个照片组成的清晰的成像区域。合成图象的组成也是借助于计算机进行的。为此，将使用一个合适的软件，这个软件也决定着图象区域的清晰度的极限。在组成这个合成图象时，也可以使用根据信息理论和信号识别方法得出的众所周知的Trelly法。例如，可以把单个照片存贮在RAM(随机存取存储器)里面，或中间存储在计算机硬盘里面。单个照片的系列只需要保持到合成图象生成时为止。然后，单个照片的序列将被擦除。
产生合成图象的方法可能有几种。最初采用的方法是用高通滤波器把n个单个照片过滤一下，并且把清晰的区域复制下来。把滤波器的瞬态频率调整到景深区域附近，这个滤波器也可以由若干个滤波器组成。对此，作为数字法的例子，可以举出傅里叶(Fourier)变换，小波(Wavelet)变换，数字过滤器，微分法或减法，贝塞尔(Bessel)过滤器，巴特渥尔斯(Butterworth)过滤器或高斯(Gauss)过滤器等等。除了清晰成像的区域以外，单个图象还能充分用于处理其他的信息，例如，与焦点平面两端附近的平面相比较，焦点平面上的图象可以放大或者可以缩小。例如，单个图象的清晰成像区域的合成可以借助于数字法来完成。按照物体的形状及其表面结构，以及想知道的层深度或特性类型，在每一种情况下，都可以合成一幅或多幅合成图象。
与第一种方法相比较，在使用第二种方法时，后者补充考虑到了物体的拓扑学或形态学方面的典型特征。举例来说，如果要拍摄的物体是一个手指，那么借助于这种方法就可以利用不同的皮层和腺，例如，乳头状的层或汗腺和皮脂腺。此时，可以考虑手掌纹在很大程度上与手指是有关联的，并要考虑手掌纹的走向。
第三种方法是借助于数字功能，根据单个照片的序列，来制出一个三维的合成图象。然后，这个合成图象可以在计算机上进行转动、翻转、倾斜或者进行任意的运动。这样，使用者就可以在荧光屏上看到这个物体的几种不同的视图。这种方法特别适合于按照本发明所述的方法拍摄到的数据。在以后拍摄到的数据组中又被重新认出来的那种情况。在第一个数据组中的物体的旋转或移动，可以相对地在第二个数据组中进行数字修正并得到补偿，而且还有可能再识别。
按照本发明所述的方法，还可以通过漏出量的数字图来研究清晰成像的区域。漏出量是在二维的单个照片的两个维度中形成的。在清晰成像的地方，漏出量是最大的或即是最小的。使用适宜的过滤器，通过与用各种不同的过滤器所拍摄到的图象进行比较，也能获得清晰成像的区域。
按照本发明所述的方法，还可以通过计算机预先确定由单个照片组成的序列照片的拍摄参数，并且由这台计算机来控制拍摄过程。
按照本发明所述的方法，还可以自动启动由单个照片组成的序列照片的拍摄过程。这样，就能在某一固定时间或将物体置于某一确定位置上启动拍摄程序。根据从经过这台处理计算机处理的单个照片能够辨认清晰成像的区域时，拍摄程序也能启动。
按照本发明所述的方法，还可以通过光栅来启动由单个照片组成的序列照片的拍摄过程。有时会发生这种情况：拍摄时已然纳入摄象机的物体，又向着摄象机方向去或又从摄象机方向来，这样来回挪动。在这种情况下，用光栅启动是特别适合的。当物体一直接近到预先确定的与摄象机间的一定距离时，拍摄过程就会自动启动。
按照本发明所述的方法，还可以在固定的预先给定的时间间隔内，拍摄一些单个照片。例如，摄象机可以每秒钟拍摄25张单个照片，作为一张图象，或者每秒钟拍50张单个照片，作为半张图象，这要看计算机的存储器里传输的是前者还是后者。在CCIR标准的情况下，它是适用的。在其他标准中则会给出其他的相应值，并不是所有的单个照片都必须存入，开始拍摄的时间和在计算机中开始存储的时间可能是不同的。原则上，单个照片序列的拍摄及其在计算机中的存储是相互分离的过程。
按照本发明所述的方法，还可以在固定的预先给定的摄象机与物体之间的相对距离内，拍摄单个照片。例如，通过对光栅进行相应的配置，也可以达到上述目的。
按照本发明所述的方法，还可以使用CCD摄象机来拍摄由单个照片组成的序列照片。一台CCD摄象机即可作为行式摄象机用，也可作为扫描仪用。
按照本发明所述的方法，还可以把序列中的全部单个照片暂时存储到计算机中。当该序列照片存储结束后，即可确定单个照片清晰成像的区域，并能组成一幅合成图象。
按照本发明所述的方法，还可以根据序列中的每张单个照片确定它的清晰的区域，并且将其嵌入到合成图象之中。这些单个照片是不用存储的。假如计算机的处理器能够足够快地工作，那么清晰区域的确定以及合成图象的嵌入即可在实时内完成。如果不是这种情况，即在实时内完不成确定和嵌入工作，那么就必须把单个照片的数据存入中间存储器。因为由单个照片可以组成许多合成图象，所以，可以按照不同方法来实现单独合成图象的组合。为了补充加快数据的拍摄和数据在计算机中的存储，可以利用多台处理器进行一个或多个合成图象的组合，可以通过各种不同的观点来组织多台处理器的共同工作。一种观点是采用上述第一至第三种方法，在划分成如此之多的程序段中进行数字计算，只要是能同时进行即可。每一个程序段都将由一台不同的处理器进行此项工作，通过输入/输出，亦能通过每一程序段的过程终端达到各台处理器的同步工作。对这些数据将要进行进一步计算，或者使用一台具有一个以上的存储路径的RAM(随机存取存储器)(多端口RAM)。多个合成图象的组合可以部分地平行进行。所以，当物体已经靠近摄象机时，所有全部合成图象就已然建成了。如果这样做不可能的话，那么也应紧接着对丢失的合成图象进行计算。这样，即可利用所有读出的或计算出的信息来建立一个格子形测视图。
按照本发明所述的方法，还可以从单个照片序列中汇编出多个合成图象，此时，在合成图象中总会显示出物体的不同区域。
按照本发明所述的方法，还可以把图象平面分成多个区域。而且这些区域均可以平行地工作。当有多台处理器可用于加工处理时，这种方式是特别适合的，这些区域可以按照正方形、矩形、三角形、椭圆形或其他形状来对待。它们可以并排地平放着，也可以相互重叠着。
按照本发明所述的方法，还可以将本方法用于识别一根手指的特征，特别是识别指尖的特征。为了获取数据，把手指靠近一台摄象机。在手指靠近摄象机时，已然可以拍摄单个照片的序列。当手指离开摄象机时，也能拍摄到许多单个照片。为了再次识别，需要根据合成图象来研究指尖的特别典型的特征，并且寻找手指的重复照片。指尖的特别典型的特征有：汗腺和皮脂腺，还有乳头层，是哪一些典型特征决定了真皮(巩膜)的表面形状并部分地决定了表皮的表面形状的。乳头也是把皮肤鼠蹊、乳头层、汗腺和皮脂腺，以及皮肤表面腺体的缝隙都拍摄成不同的合成图象的前提。综合上述，就使得在识别过程变得很容易了。借助于本发明的方法，还可以确定手指是否出过血。用一个红外线源对手指进行透视，借助于单个照片的序列，可以拍摄到亮度波动与该人脉搏之间的关系。此外，手指流血反映了手指血管细胞周期性的移动，这也是借助于本发明所述的方法可以确定的。
按照本发明所述的方法，还可以用一个光源照明该物体。
按照本发明所述的方法，还可以用一个与摄象机同步工作的脉动光源。
按照本发明所述的方法，还可以用不同波长段的多个光源和布置在不同位置的多个光源来照明该物体。可以采用不同的照明方式，通过不同的空间布置，可以得到各种入射角度的光线。按照这种方式，可以拍摄到各种不同空间的、几何的、或透视的单个照片。例如，可以使用具有不同光学滤色镜的闪光管作为光源。通过滤色镜，可以借助于一种光源，获得不同波长区段的电磁辐照。
按照本发明所述的方法，还可以使物体在向摄象机靠近或离开摄象机进行移动时，物体始终能够得到照明。同时，在此时间间隔内，总能够拍摄到一些单个照片。按照这种方式，在距摄象机不同的距离时，和在不同的景深时，我们都可以拍到一些单个照片。
按照本发明所述的方法，还可以只对物体那些位于摄象机焦点之内的区域进行照明。这是有可能的。因为在该照片与单个照片之间，摄象机的焦点并没有变。单个照片的整理并合是很容易的，因为从不清晰的区段到单个照片之间不存在任何信息。
为了实行本发明所述方法，使用一台计算机，一台摄象机和一台操纵设备。这种设备配置是很好的。
本发明的其他优点和能够带来好处的发展，可以从权利要求书中获悉。
在说明书和权利要求书中所列举的特征，无论是个别的特征，还是作为互相任意组合的特征，从发明角度上说，都是很重要的。
Claims (20)
1.把一个物体的光学可收集数据拍摄并存储到一个存储到媒体的方法，其特征在于：
物体和摄象机处于一定的相对位置，从不同的空间摆放角度，用一台摄象机进行拍摄，从而得到由若干单个照片所组成的一个序列，这些单个照片即可组成一个清晰的成像区域，并且
所有全部单个照片的清晰的成像区域，可以并合成一幅或多幅合成图象。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：这些单个照片是存储在一台计算机内的，借助于数字方法，用计算机可以研究由单个照片所组成的清晰成像区域，并且借助于计算机并合出合成图象。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：通过漏出量的数字图象，来研究清晰成像的区域。
4.按照权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于：用计算机可以预先确定拍摄单个照片序列的参数，而且用这台计算机可以操纵拍摄过程。
5.按照上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于：单个照片所组成的序列的拍摄工作将会自动启动。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：由单个照片组成的序列的拍摄，是通过光栅来启动的。
7.按照上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于：这些单个照片是在固定的预先确定的时间间隔内拍摄完成的。
8.按照上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于：这些单个照片是在摄象机与物体处于固定的预先确定的相对距离内拍摄完成的。
9.按照上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于：可以使用一台CCD摄象机，作为拍摄由单个照片所组成的序列用的摄象机。
10.按照上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于：首先要把所有序列的单个照片都存储在计算机内，当由单个照片组成的序列拍摄完成以后，即可求得清晰成像的区域。
11.按照上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于：直接按照序列中的每幅单个照片，求得清晰的区域，并且将其嵌入到合成的图象中。
12.按照上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于：由单个照片所组成的序列，可以合成多幅合成图象。此时，在合成图象中，每次都可以显出物体的不同区域，或物体的不同特征。
13.按照上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于：图象平面仍可以细分为若干区域，这些区域可以平行地工作。
14.按照上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于：列举了识别一个手指的特性的例子。
15.按照上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于：可以用一个光源，进行物体的照明。
16.按照权利要求15所述的方法，其特征在于：可以使用脉动的光源。这个脉动光源与摄象机同步工作。
17.按照权利要求15或16所述的方法，其特征在于：可以用不同波长范围和布置在不同地方的光源来照明该物体。
18.按照权利要求15至17中任何一个所述的方法，其特征在于：物体在向摄象机靠近或离开摄象机进行移动时，物体始终能够得到照明。
19.按照权利要求15至18中任何一个所述的方法，其特征在于：只对物体那些位于摄象机焦点之内的区域进行照明。
20.一种用权利要求1至18中任何一个所述方法的设备，其特征在于：预先规定一台计算机、一台摄象机和一台操纵设备即可完成此项工作。
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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