DE102011104216A1 - Method for three-dimensional acquisition of object to be utilized in entertainment field, involves creating and storing image data set comprising coding for images of objects, captured by optical acquisition unit at different polar angles - Google Patents
Method for three-dimensional acquisition of object to be utilized in entertainment field, involves creating and storing image data set comprising coding for images of objects, captured by optical acquisition unit at different polar angles Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Beschreibung betrifft ein Verfahren zum dreidimensionalen Erfassen von Objekten, eine Vorrichtung zum dreidimensionalen Erfassen von Objekten sowie ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.The present description relates to a method for the three-dimensional detection of objects, a device for the three-dimensional detection of objects and a computer program product for carrying out a method according to the invention.
Aufgrund der technischen Entwicklungen in Bezug auf die möglichst realitätsgetreue Darstellung von Objekten im Bereich der Unterhaltung, der Produktpräsentation und der industriellen Produktion, das heißt im Bereich der „virtual reality” und der „augmented reality”, besteht die Notwendigkeit reale Objekte für die weitere Bearbeitung und Präsentation derart zu digitalisieren, daß diese Objekte dreidimensional dargestellt werden können. Um eine dreidimensionale Darstellung zu generieren, muß in der Regel ein dreidimensionales Modell des Objektes vorliegen.Due to the technical developments in terms of the most realistic representation of objects in the field of entertainment, product presentation and industrial production, ie in the field of "virtual reality" and "augmented reality", there is a need for real objects for further processing and to digitize presentation such that these objects can be displayed in three dimensions. In order to generate a three-dimensional representation, a three-dimensional model of the object must generally be present.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Erfassen von dreidimensionalen Objekten sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt und eine entsprechende Vorrichtung bereitzustellen, um die notwendigen Informationen für eine dreidimensionale Darstellung in einfacher und zeitsparender Weise zu erzeugen.It is an object of the invention to provide a method for detecting three-dimensional objects as well as a corresponding computer program product and a corresponding device in order to generate the necessary information for a three-dimensional representation in a simple and time-saving manner.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The object is solved by the features of the independent claims. Preferred embodiments are subject of the dependent claims.
Erfassungsverfahren gemäß einem AspektDetection method according to one aspect
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum dreidimensionalen Erfassen von Objekten mit den Schritten:
- – Bereitstellen zumindest einer optischen Erfassungseinrichtung;
- – Anordnen eines dreidimensionalen Objekts mit einer Längsachse Z, wobei das Objekt um vorbestimmte Polarwinkel mit Bezug zu der Längsachse Z zu der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung positionierbar ist;
- – Bestimmen von N Polarwinkeln α1 bis αN;
- – Bestimmen von N Polarwinkeln β1 bis βN, wobei gilt: βi = αi + δ für alle i ∊ [1...N] mit der Polarwinkeldifferenz δ;
- – Durchführen der folgenden Erfassungsschritte für jedes i ∊ [1...N]: – Positionieren des Objekts mit dem Polarwinkel αi zu der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung – Erfassen eines i-ten ersten Bildes Li des Objekts mit einer der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung und Speichern des i-ten ersten Bildes Li; – Positionieren des Objekts mit dem Polarwinkel βi zu der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung – Erfassen eines i-ten zweiten Bildes Ri des Objekts mit einer der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung und Speichern des erfaßten i-ten zweiten Bildes Ri;
- – Erstellen und Speichern eines Bilddatensatzes umfassend eine erste Kodierung der ersten Bilder L1...LN des Objekts und eine zweite Kodierung der zweiten Bilder R1...RN des Objekts.
- - providing at least one optical detection device;
- Arranging a three-dimensional object having a longitudinal axis Z, the object being positionable by predetermined polar angles with respect to the longitudinal axis Z to the at least one optical detection device;
- Determining N polar angles α 1 to α N ;
- - Determining N polar angles β 1 to β N , where: β i = α i + δ for all i ε [1 ... N] with the polar angle difference δ;
- - Performing the following detection steps for each i ε [1 ... N]: - Positioning of the object with the polar angle α i to the at least one optical detection means - detecting an i-th first image L i of the object with one of the at least one optical Detecting means and storing the ith first image L i ; - Positioning the object with the polar angle β i to the at least one optical detection means - Detecting an ith second image R i of the object with one of the at least one optical detection means and storing the detected i-th second image R i ;
- - Creating and storing an image data set comprising a first coding of the first images L 1 ... L N of the object and a second coding of the second images R 1 ... R N of the object.
Vorteilhafterweise wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine verbesserte Qualität des Bilddatensatzes erreicht, so daß eine verbesserte dreidimensionale Darstellung des Objektes ermöglicht wird. Weiter vorteilhafterweise ist das Verfahren automatisch durchführbar, so daß der Bilddatensatz in einfacher und zeitsparender Weise durchführbar erzeugbar ist.Advantageously, an improved quality of the image data set is achieved with the method according to the invention, so that an improved three-dimensional representation of the object is made possible. Further advantageously, the method is automatically carried out, so that the image data set in a simple and time-saving manner can be produced feasible.
Das Objekt wird mittels zumindest einer optischen Erfassungseinrichtung optisch erfaßt, wobei beim jedem Erfassen ein digitales Bild des Objektes erzeugt wird. Es versteht sich, daß das erzeugte Bild in computerlesbarer Form erzeugt wird, so daß das Bild durch eine computer-implementiertes erfindungsgemäßes Verfahren verarbeitbar ist. Beispielsweise kann das Objekt durch eine digitale Fotokamera bzw. durch eine digitale Videokamera erfaßt werden. Das erfaßte bzw. erzeugte Bild des Objektes kann als solches oder in einer weiter bearbeiteten Form auf einem Speichermedium gespeichert werden. Bevorzugt kann genau eine optische Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Objektes vorgesehen sein. Alternativ können aber auch zwei, drei, vier, fünf, oder mehr optische Erfassungseinrichtungen bereitgestellt werden, welche vorzugsweise eine gleichzeitige Erfassung des Objektes aus verschiedenen Blickwinkeln bzw. Perspektiven ermöglichen.The object is optically detected by means of at least one optical detection device, wherein a digital image of the object is generated during each detection. It is understood that the generated image is generated in computer readable form so that the image is processable by a computer implemented method of the invention. For example, the object can be detected by a digital still camera or by a digital video camera. The captured or generated image of the object can be stored as such or in a further processed form on a storage medium. Preferably, exactly one optical detection device can be provided for detecting the object. Alternatively, however, it is also possible to provide two, three, four, five, or more optical detection devices which preferably permit simultaneous detection of the object from different angles or perspectives.
Die Anordnung des dreidimensionalen Objekts relativ zu der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung kann durch drei Größen eindeutig beschrieben werden: dem Polarwinkel, dem Azimutwinkel und dem Abstand zwischen dem Objekt und der optischen Erfassungseinrichtung. Unter der Annahme, daß das Objekt während des Erfassens auf einer Fläche steht bzw. angeordnet ist und damit seine Längsachse Z durch die Senkrechte bzw. Lotrechte definiert ist, beschreibt der Polarwinkel die relative Drehung des Objekts um die Längsachse Z bzw. die relative Drehung der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung um die Längsachse Z mit Bezug zu einem vorbestimmbaren Nullpunkt innerhalb einer Äquatorebene, die senkrecht zur Längsachse orientiert ist. Der Polarwinkel weist einen Wertebereich von 0° bis 360° auf. Der Azimutwinkel beschreibt den Winkel, den die Verbindungslinie zwischen dem Objekt und der optischen Erfassungseinrichtung mit der Längsachse Z einschließt. Der Azimutwinkel weist einen Wertebereich von –90° bis 90° auf. Das Vorzeichen des Azimutwinkels kann derart definiert sein, daß die optische Erfassungseinrichtung für Azimutwinkel kleiner als 0° unterhalb der Äquatorebene positioniert ist, also von der Äquatorebene aus entgegen der orientierten Längsachse Z bzw. in Richtung des Erdmittelpunktes verschoben. Entsprechend ist die optische Erfassungseinrichtung für Azimutwinkel größer als 0° dann oberhalb der Äquatorebene positioniert.The arrangement of the three-dimensional object relative to the at least one optical detection device can be clearly described by three variables: the polar angle, the azimuth angle and the distance between the object and the optical detection device. Assuming that the object stands or is arranged on a surface during the detection and thus its longitudinal axis Z is defined by the vertical or perpendicular, the polar angle describes the relative rotation of the object about the longitudinal axis Z or the relative rotation of the object at least one optical detection device about the longitudinal axis Z with respect to a predeterminable zero point within an equatorial plane, which is oriented perpendicular to the longitudinal axis. The polar angle has a value range from 0 ° to 360 °. The azimuth angle describes the angle that the connecting line between the object and the optical detection device with the Includes longitudinal axis Z. The azimuth angle has a value range of -90 ° to 90 °. The sign of the azimuth angle can be defined such that the optical detection device is positioned for azimuth angles less than 0 ° below the equatorial plane, ie shifted from the equatorial plane against the oriented longitudinal axis Z or in the direction of the center of the earth. Accordingly, the optical detection device for azimuth angle is greater than 0 ° then positioned above the equatorial plane.
Das Bestimmen von N Polarwinkeln α1 bis αN kann ein freies Wählen der Polarwinkel umfassen, wobei N eine natürliche Zahl ist. Bevorzugt wird jedoch der Wertebereich des Polarwinkels in gleich große Intervalle eingeteilt. Beispielsweise können die Polarwinkel mittels der Beziehung αi = i × 360°/N für alle i ∊ [1...N] bestimmt sein. Dabei kann der Wert für N beispielsweise 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 16, 18, 20, 24, 30, 36, 40, 45, 48, 60, 72 usw. betragen. Besonders bevorzugt wird N derart gewählt, daß αi eine ganze Zahl ist. Weiter bevorzugt ist die Differenz des Polarwinkels αi zwischen benachbarten Positionen für alle gewählten Polarwinkel αi gleich groß. Mit anderen Worten kann eine äquidistante Einteilung des Wertebereiches des Polarwinkels erfolgen.Determining N polar angles α 1 to α N may include freely selecting the polar angles, where N is a natural number. Preferably, however, the value range of the polar angle is divided into equal intervals. For example, the polar angles may be determined by the relationship α i = i × 360 ° / N for all i ε [1 ... N]. In this case, the value for N, for example, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 16, 18, 20, 24, 30, 36, 40, 45, 48, 60, 72, etc. be. More preferably, N is chosen such that α i is an integer. More preferably, the difference of the polar angle α i between adjacent positions for all selected polar angle α i is equal. In other words, an equidistant division of the value range of the polar angle can take place.
Für jeden vorbestimmten Polarwinkel αi erfolgt ein relatives Positionieren des Objekts mit einem der vorbestimmten Polarwinkel αi zu der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung. Dabei kann das relative Positionieren durch eine Verlagerung bzw. Drehung des Objektes und/oder durch eine Verlagerung bzw. Drehung der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung erfolgen. Bevorzugt erfolgt die Positionierung motorisch durch einen Antrieb. Vorteilhafterweise können durch den Antrieb computergesteuert alle vorbestimmten und durch die Polarwinkel αi definierten Positionen angefahren und das Objekt in dieser Position optisch erfaßt werden. Weiter bevorzugt ist der Azimutwinkel für die vorbestimmten Polarwinkel αi konstant, insbesondere gleich 0°. Zu jeder i-ten der N Positionen des Objektes mit dem zugehörigen Polarwinkel αi erfolgt das optische Erfassen und Speichern eines zugeordneten i-ten ersten Bildes Li des Objekts.For each predetermined polar angle α i , a relative positioning of the object with one of the predetermined polar angles α i to the at least one optical detection device takes place. In this case, the relative positioning can be effected by a displacement or rotation of the object and / or by a displacement or rotation of the at least one optical detection device. The positioning is preferably carried out by a drive motor. Advantageously, all predetermined and by the polar angle α i defined positions are approached by the computer-controlled drive and the object can be optically detected in this position. More preferably, the azimuth angle for the predetermined polar angle α i is constant, in particular equal to 0 °. For every i-th of the N positions of the object with the associated polar angle α i , the optical detection and storage of an associated i-th first image L i of the object takes place.
Durch die Wahl der Polarwinkel αi sind zugehörige N weitere Polarwinkeln β1 bis βN durch die Beziehung βi = αi + δ für alle i ∊ [1...N] definiert. Dabei wird die Differenz zwischen zwei zueinander gehörigen Polarwinkeln als Polarwinkeldifferenz δ bezeichnet. Bevorzugt wird die Polarwinkeldifferenz δ derart ausgewählt, daß der euklidsche Abstand zwischen der zu dem Polarwinkel αi zugehörigen Position der optischen Erfassungseinrichtung und der zu dem Polarwinkel βi zugehörigen Position der optischen Erfassungseinrichtung in etwa dem Abstand d der Augen bzw. der Pupillardistanz eines Menschen entspricht. Der Abstand d kann etwa 50 mm bis etwa 75 mm, insbesondere etwa 60 mm bis etwa 65 mm, betragen. In Abhängigkeit von dem Abstand R zwischen dem Objekt und der optischen Erfassungseinrichtung kann die entsprechende Polarwinkeldifferenz δ durch die Beziehung sin(δ/2) = d/2R, also δ = 2arcsin(d/2R), berechnet werden. Bevorzugt liegt die Polarwinkeldifferenz δ zwischen etwa 3° und etwa 20°, besonders bevorzugt zwischen etwa 5° und etwa 10°. Vorteilhafterweise wird durch diese Polarwinkeldifferenz δ ein möglichst realistischer stereoskopischer Effekt bei einem Betrachter erzielt, wenn ein in dieser Konfiguration erfaßter Bilddatensatz zu einem späteren Zeitpunkt visualisiert wird. Weiter bevorzugt ist der Azimutwinkel für jede Position entsprechend zweier zugehöriger Polarwinkel αi und βi identisch. Besonders bevorzugt gilt für alle i [1...N] für die Polarwinkel βi = αi + δ = αj mit j ∊ [1...N]. Mit anderen Worten entspricht der Polarwinkel βi des i-ten zweiten Bildes dem Polarwinkel αj des j-ten ersten Bildes. Somit können besonders vorteilhafterweise die ersten und zweiten Bilder mit genau einer optischen Erfassungseinrichtung erfaßt werden.By choosing the polar angles α i , associated further N polar angles β 1 to β N are defined by the relationship β i = α i + δ for all i ε [1 ... N]. In this case, the difference between two mutually associated polar angles is designated as the polar angle difference δ. The polar angle difference δ is preferably selected such that the Euclidean distance between the position of the optical detection device associated with the polar angle α i and the position of the optical detection device associated with the polar angle β i approximately corresponds to the distance d of the eyes or the pupillary distance of a human , The distance d may be about 50 mm to about 75 mm, in particular about 60 mm to about 65 mm. Depending on the distance R between the object and the optical detection device, the corresponding polar angle difference δ can be calculated by the relationship sin (δ / 2) = d / 2R, ie δ = 2arcsin (d / 2R). The polar angle difference δ is preferably between about 3 ° and about 20 °, more preferably between about 5 ° and about 10 °. Advantageously, a possible realistic stereoscopic effect is achieved in a viewer by this polar angle difference δ when an image data set acquired in this configuration is visualized at a later time. More preferably, the azimuth angle is identical for each position corresponding to two associated polar angles α i and β i . Particularly preferably, for all i [1... N] for the polar angles, β i = α i + δ = α j with j ε [1... N]. In other words, the polar angle β i of the i-th second image corresponds to the polar angle α j of the j-th first image. Thus, particularly advantageously, the first and second images can be detected with exactly one optical detection device.
Für jeden berechneten Polarwinkel βi erfolgt ein relatives Positionieren des Objekts mit einem der vorbestimmten Polarwinkel βi zu der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung. Wie bereits oben beschrieben, kann das relative Positionieren durch eine Verlagerung bzw. Drehung des Objektes und/oder durch eine Verlagerung bzw. Drehung der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung erfolgen. Zu jeder i-ten der N Positionen des Objektes mit dem zugehörigen Polarwinkel βi erfolgt das optische Erfassen und Speichern eines zugeordneten i-ten zweiten Bildes Ri des Objekts.For each calculated polar angle β i , a relative positioning of the object with one of the predetermined polar angles β i to the at least one optical detection device takes place. As already described above, the relative positioning can take place by a displacement or rotation of the object and / or by a displacement or rotation of the at least one optical detection device. For each i-th of the N positions of the object with the associated polar angle β i , the optical detection and storage of an associated i-th second image R i of the object takes place.
Die erfaßten ersten und zweiten Bilder können zu einem Bilddatensatz zusammengefaßt und gespeichert werden. Um die ersten Bilder L1...LN, welche bevorzugt ausgelegt sind, um bei einer späteren Visualisierung durch ein linkes Auge des Betrachters wahrgenommen zu werden, von den zweiten Bilder R1...RN des Objekts, welche bevorzugt ausgefegt sind, um bei einer späteren Visualisierung durch ein rechtes Auge des Betrachters wahrgenommen zu werden, zu unterscheiden, können die ersten und zweiten Bilder entsprechend kodiert werden.The detected first and second images can be combined to form an image data set and stored. To the first images L 1 ... L N , which are preferably designed to be perceived in a later visualization by a left eye of the observer, of the second images R 1 ... R N of the object, which are preferably swept In order to be distinguished by a right eye of the viewer in a later visualization, the first and second images can be encoded accordingly.
Die Kodierung kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß die ersten und das zweiten Bilder voneinander getrennt in dem Bilddatensatz gespeichert werden, so daß durch ein entsprechendes Auslesen eines der ersten bzw. eines der zweiten Bilder ausgelesen und visualisiert werden können. Insbesondere kann jedes der ersten Bilder und jedes der zweiten Bilder mit einer fortlaufenden Nummer versehen sein, so daß die zugehörigen ersten und zweiten Bilder identifiziert werden können.The coding can be effected, for example, by storing the first and second images separately in the image data record, so that one of the first and one of the second images can be read out and visualized by a corresponding readout. In particular, each of the first images and each of the second images may be provided with a sequential number so that the associated first and second images may be identified.
Weiter bevorzugt kann jedes der ersten Bilder mit einem ersten Filter als bevorzugter ersten Kodierung gefiltert werden und jedes der zweiten Bilder mit einem zweiten Filter als bevorzugter zweiten Kodierung gefiltert werden, wobei die beiden gefilterten Bilder zu einem resultierenden Bild zusammengefaßt werden können. Beispielsweise kann das resultierende Bild ein RGB-Format (Rot-Grün-Blau-Format) aufweisen, wobei eine Helligkeit jedes ersten Bildes als Rot-Wert gespeichert wird und wobei eine Helligkeit jedes zweiten Bildes als Grün-Wert gespeichert wird. Das resultierende zusammengefaßte Bild umfaßt lediglich Rot und Grün, wobei jedes Farbe einen anderen Blickwinkel repräsentieren kann. More preferably, each of the first images may be filtered with a first filter as a preferred first encoding, and each of the second images may be filtered with a second filter as a preferred second encoding, whereby the two filtered images may be combined to form a resulting image. For example, the resulting image may have an RGB format (red-green-blue format) wherein a brightness of each first image is stored as a red value and a brightness of every other image is stored as a green value. The resulting composite image includes only red and green, each color representing a different angle of view.
Vorzugsweise werden zwei optische Erfassungseinrichtungen bereitgestellt, welche relativ zu der Längsachse Z des Objektes um die Polarwinkeldifferenz δ voneinander beabstandet positioniert sind, um das i-te ersten Bild Li und das i-te zweite Bild Ri des Objekts gleichzeitig zu erfassen. Vorteilhafterweise kann somit die für die Erfassung des Objektes benötigte Zeit reduziert werden.Preferably, two optical detectors are provided which are positioned spaced from each other by the polar angle difference δ relative to the longitudinal axis Z of the object to simultaneously detect the i-th first image L i and the ith second image R i of the object. Advantageously, the time required for the detection of the object can thus be reduced.
Bevorzugt kann der Abstand zwischen den zwei optischen Erfassungseinrichtungen durch eine starre Verbindung konstant gehalten werden, wodurch sich vorteilhafterweise eine verbesserte Konstanz der stereoskopischen Effektes realisieren läßt. Weiter vorteilhafterweise ist lediglich ein Antrieb notwendig, um die beiden optischen Erfassungseinrichtungen zu positionieren, wobei die Positionierung durch die starre Verbindung synchron bzw. gemeinsam erfolgt.Preferably, the distance between the two optical detection means can be kept constant by a rigid connection, whereby advantageously an improved constancy of the stereoscopic effect can be realized. Further advantageously, only one drive is necessary to position the two optical detection devices, wherein the positioning by the rigid connection takes place synchronously or together.
Vorzugsweise umfaßt das Verfahren das Erstellen des Bilddatensatzes, weiter umfassend folgende Schritte:
- – Erstellen eines ersten Tessellationsmodells anhand der ersten Bilder L1...LN des Objekts umfassend ML erste Flächenelemente;
- – Erstellen eines ersten Texturmodells für alle ML ersten Flächenelemente anhand der ersten Bilder L1...LN des Objekts;
- – Erstellen eines zweiten Tessellationsmodells anhand der zweiten Bilder R1...RN des Objekts umfassend MR erste Flächenelemente;
- – Erstellen eines zweiten Texturmodells für alle MR zweiten Flächenelemente anhand der zweiten Bilder R1...RN des Objekts.
- - Creating a first Tessellationsmodells based on the first images L 1 ... L N of the object comprising M L first surface elements;
- - Creating a first texture model for all M L first surface elements based on the first images L 1 ... L N of the object;
- - Creating a second Tessellationsmodells based on the second images R 1 ... R N of the object comprising M R first surface elements;
- - Creating a second texture model for all M R second surface elements based on the second images R 1 ... R N of the object.
Das erste und das zweite Tessellationsmodell sowie das erste und zweite Texturmodell werden zweckmäßigerweise auf gleiche Weise erstellt, so daß im folgenden stellvertretend für beide Modelle das Erstellen des ersten Tessellationsmodells und des ersten Texturmodells detailliert beschrieben wird.The first and the second tessellation model as well as the first and second texture model are expediently created in the same way, so that the representation of the first tessellation model and the first texture model will be described in detail below for both models.
Das erste Tessellationsmodell umfaßt eine Näherung der Oberfläche des erfaßten bzw. virtuellen Objekts durch eine Vielzahl von zweidimensionalen Dreiecken, wobei die Eckpunkte jedes Dreiecks bevorzugt genau auf der Oberfläche des virtuellen Objekts liegen. Um das erste Tessellationsmodell zu erstellen, werden bevorzugt die Schritte des Freistellens, der Formerstellung und der Oberflächenglättung durchgeführt.The first tessellation model comprises an approximation of the surface of the detected or virtual object by a plurality of two-dimensional triangles, wherein the vertices of each triangle preferably lie exactly on the surface of the virtual object. To create the first tessellation model, it is preferable to perform the steps of cropping, shaping and surface smoothing.
Besonders bevorzugt erfolgt ein Freistellen des erfaßten Objekts von dem ebenfalls erfaßten Hintergrund. Dazu kann der Hintergrund in einem initialen Schritt des Verfahrens derart gewählt werden, daß der Hintergrund einfarbig bzw. monochrom ausgestaltet ist, wobei sich der Farbton (beispielsweise repräsentiert im RGB-Farbraum) nicht im zu erfassenden Objekt selbst wiederfindet. Bekannt ist ein solches Verfahren unter dem Begriff „Blue Box”, wobei ein einfarbiger blauer Hintergrund gewählt wird und das vor bzw. auf dem Hintergrund positionierte Objekt diesen Blauton nicht aufweist.Particularly preferably, an exemption of the detected object from the background also detected takes place. For this purpose, the background can be selected in an initial step of the method such that the background is designed monochrome or monochrome, wherein the hue (for example, represented in the RGB color space) does not find itself in the object to be detected. Such a method is known by the term "blue box", wherein a monochrome blue background is selected and the object positioned in front of or on the background does not have this blue tone.
Durch eine logische XOR-Operation einer Farbkodierung (z. B. den RGB-Wert) jedes erfaßten Bildpunktes des ersten Bildes mit der Farbkodierung der Hintergrundfarbe, ergibt sich ein schwarz-weiße Repräsentation, in der beispielsweise weiß den Wert „falsch” und schwarz den Wert „wahr” repräsentiert. In dieser schwarz-weißen Repräsentation sind alle schwarzen Bereiche zum erfaßten Objekt gehörig. Mit anderen Worten ergibt sich für jedes erfaßte erste Bild eine schwarze Silhouette des Objektes in der zugehörigen Position. Werden die Bereiche der Silhouette wieder mit den erfaßten Farben des Objektes belegt, so ergibt sich ein vom Hintergrund freigestelltes erstes Bild. Der Hintergrund kann nach der Freistellung durch einen beliebigen Hintergrund ersetzt werden, beispielsweise durch einen monochromen Hintergrund oder durch eine beliebige Szene.By a logical XOR operation of a color coding (eg the RGB value) of each detected pixel of the first image with the color coding of the background color, a black-and-white representation results, in which, for example, white means the value "false" and black the Value "true" represents. In this black-and-white representation, all black areas belong to the detected object. In other words, a black silhouette of the object in the associated position results for each detected first image. If the areas of the silhouette are again occupied with the detected colors of the object, the result is a first image released from the background. The background can be replaced after being cleared by any background, such as a monochrome background or any scene.
Die erstellte Silhouette des ersten Bildes bzw. die Silhouetten der Vielzahl von ersten Bildern können verwendet werden, um ein dreidimensionales Volumenmodell des erfaßten Objektes zu erzeugen. Das als „Silhouettenverfahren” bekannte Verfahren nutzt die Erkenntnis, daß sich das erfaßte Objekt immer innerhalb seiner Silhouette befindet. Die aus dem i-ten der ersten Bilder generierte Silhouette definiert zusammen mit der dem i-ten ersten Bild zugeordneten Position der optischen Erfassungseinrichtung ein konusförmiges Volumen, wobei sich die Spitze des Konus an der Position der optischen Erfassungseinrichtung befindet und der Umriß der Silhouette die Mantelfläche des unregelmäßigen Konus definiert. Innerhalb des Volumens des Konus befindet sich das erfaßte Objekt. Dies gilt für alle durch die N ersten Bilder und Positionen der optischen Erfassungseinrichtung definierten konusförmigen Volumina. Daher kann das dreidimensionale Volumenmodell des erfaßten Objektes durch die Schnittmengenbildung aller konusförmigen Volumina berechnet werden. Bevorzugte wird dabei der dreidimensionale Raum in hexaedrische Volumenelemente (sogenannte Voxel) unterteilt. Ein beispielhaftes Verfahren zur Formerstellung überprüft dann für alle Voxel, ob ein Voxel zumindest bereichsweise oder vollständig innerhalb aller konusförmigen Volumina liegt und markiert dieses dann als zum erfaßten Objekt gehörig. Es ergibt sich durch die Voxel definierte konvexe Hülle des erfaßten Objekts.The created silhouette of the first image or the silhouettes of the plurality of first images may be used to create a three-dimensional solid model of the detected object. The method known as the "silhouette method" utilizes the knowledge that the detected object is always within its silhouette. The silhouette generated from the i-th of the first images, together with the position of the optical detector associated with the i-th first image, defines a cone-shaped volume with the tip of the cone at the position of the optical detector and the outline of the silhouette the lateral surface defined by the irregular cone. Within the volume of the cone is the detected object. This applies to all cone-shaped volumes defined by the N first images and positions of the optical detection device. Therefore, the three-dimensional volume model of the detected object can be calculated by the intersection of all the cone-shaped volumes. The three-dimensional space is preferably subdivided into hexahedral volume elements (so-called voxels). An exemplary method for shaping forms then checks for all voxels whether a voxel lies at least partially or completely within all cone-shaped volumes and then marks this as belonging to the detected object. The result is a voxel-defined convex hull of the detected object.
Die durch die Voxel definierte Hülle des erfaßten Objekts umfaßt eine Stufung, welche durch die Hexaederform der Voxel bedingt ist. Um eine möglichst glatte Oberfläche des erfaßten Objektes zu erzeugen, erfolgt vorzugsweise ein Oberflächenglättung. Diese kann durch eine Tessellation (beispielsweise einer Delaunay-Triangulation) der auf der Oberfläche liegenden Punkte mittels Dreiecken erfolgen. Weiter bevorzugt können die Punkte auf der Oberfläche des erfaßten Objekts beispielsweise durch eine Spline-Funktion angenähert werden, wodurch eine Glättung der Oberfläche erzielt werden kann. Das Ergebnis der Tessellation ist ein Drahtgittermodell des erfaßten Objekts.The envelope of the detected object defined by the voxels comprises a step caused by the hexahedral shape of the voxels. In order to produce the smoothest possible surface of the detected object, surface smoothing is preferably carried out. This can be done by a tessellation (for example, a Delaunay triangulation) of the points lying on the surface by means of triangles. More preferably, the points on the surface of the detected object can be approximated, for example by a spline function, whereby a smoothing of the surface can be achieved. The result of the tessellation is a wireframe model of the detected object.
Die durch das Drahtgittermodell definierten Dreiecksflächen können dann mit aus den erfaßten ersten Bildern entnommenen Texturen versehen werden, um ein Texturmodell zu erzeugen. Bevorzugt wird für jede Dreiecksfläche der Normalenvektor berechnet und die Position der optischen Erfassungseinrichtung bestimmt, welche den kleinsten Winkelabstand zu diesem Normalenvektor aufweist. Das aus dieser Position der optischen Erfassungseinrichtung erfaßte erste Bild entsprecht somit im wesentlichen einer Draufsicht auf die Dreiecksfläche. Weiter kann ein Ausschnitt aus diesem ersten Bild ausgewählt werden, welcher in seiner Ausdehnung der Dreiecksfläche entspricht, um die Textur dieses Ausschnitts für diese Dreiecksfläche zu übernehmen. Bevorzugt kann die Textur aus dem Ausschnitt des ersten Bildes durch Interpolation oder Kriging an eine abweichende Geometrie der Dreiecksfläche angepaßt werden. Durch die Texturierung der Dreiecksflächen des Tessellationsmodells bzw. des Drahtgittermodells entsteht vorteilhafterweise eine realistisch anmutende dreidimensionale Repräsentation bzw. Visualisierung des Objekts.The triangular areas defined by the wireframe model can then be provided with textures taken from the acquired first images to produce a texture model. Preferably, the normal vector is calculated for each triangular area and the position of the optical detection device is determined which has the smallest angular distance from this normal vector. The first image detected from this position of the optical detection device thus corresponds substantially to a plan view of the triangular surface. Furthermore, a section of this first image can be selected which corresponds in its extent to the triangular area in order to take over the texture of this section for this triangular area. Preferably, the texture from the section of the first image can be adapted by interpolation or Kriging to a different geometry of the triangular area. The texturing of the triangular surfaces of the tessellation model or of the wireframe model advantageously produces a realistic three-dimensional representation or visualization of the object.
Es versteht sich, daß mit Hilfe der Tessellationsmodelle und der Texturmodelle auch Positionen des Objektes durch Interpolation erzeugt werden können, welche nicht während des Erfassens des Objektes durch die zumindest eine optische Erfassungseinrichtung angefahren wurde. Da die Interpolation jedoch die Bildqualität beeinträchtigen könnte ist es bevorzugt, möglichst viele Positionen optisch zu erfassen. Durch das unabhängige Bereitstellen der optisch erfaßten Bilder des Objekts für ein linkes und rechtes Auge eines Betrachters in einem Bilddatensatz, wird die Qualität der Visualisierung vorteilhafterweise erhöht. Es versteht sich jedoch, daß das Erstellen der Tessellationsmodelle und der Texturmodelle nicht notwendig ist, da die optisch erfaßten Bilder als solche oder nach Durchführen der Freistellung bereits zur dreidimensionalen Visualisierung verwendet werden können.It is understood that with the aid of the tessellation models and the texture models also positions of the object can be generated by interpolation, which was not approached during the detection of the object by the at least one optical detection device. However, since the interpolation could affect the image quality, it is preferable to optically detect as many positions as possible. By independently providing the optically captured images of the object to a viewer's left and right eyes in an image data set, the quality of the visualization is advantageously increased. However, it is understood that the creation of the tessellation models and the texture models is not necessary, since the optically captured images as such or after performing the exemption can already be used for three-dimensional visualization.
Vorzugsweise umfaßt das Verfahren den weiteren Schritt:
Darstellen des Bilddatensatzes mittels einer Ausgabevorrichtung, wobei ein i-tes der ersten Bilder Li lediglich vom linken Auge eines Betrachters erfaßbar ist und wobei ein zugeordnetes i-tes der zweiten Bilder Ri lediglich vom rechten Auge des Betrachters erfaßbar ist.Preferably, the method comprises the further step:
Representing the image data set by means of an output device, wherein an i-tes of the first images L i is detectable only from the left eye of a viewer and wherein an associated i-tes the second images R i is detectable only from the right eye of the viewer.
Das Darstellen des Bilddatensatzes mittels der Ausgabevorrichtung kann simultan mit dem Erstellen des Bilddatensatzes erfolgen oder später anhand eines gespeicherten Bilddatensatzes. Die Ausgabevorrichtung kann beispielsweise zumindest einen Bildschirm oder zumindest einen Projektor umfassen.The representation of the image data record by means of the output device can be carried out simultaneously with the creation of the image data record or later on the basis of a stored image data record. The output device may comprise, for example, at least one screen or at least one projector.
Beispielsweise kann eine Farbkodierung oder eine Polarisationskodierung der ersten Bilder Li und der zweiten Bilder Ri erfolgen, wobei der Betrachter eine entsprechende Vorrichtung (3D-Brille) vor seinen Augen trägt, so daß die ersten Bilder Li lediglich vom linken Auge des Betrachters erfaßbar sind und die zweiten Bilder Ri lediglich vom rechten Auge des Betrachters erfaßbar sind. Eine solche 3D-Brille kann beispielsweise ausgelegt sein, eine rote Folie vor dem linken Auge und eine grüne Folie vor dem rechten Auge zu positionieren.For example, color coding or polarization coding of the first images L i and the second images R i can take place, the viewer wearing a corresponding device (3D glasses) in front of his eyes so that the first images L i can only be detected by the left eye of the observer and the second images R i can only be detected by the right eye of the observer. Such 3D glasses can be designed, for example, to position a red foil in front of the left eye and a green foil in front of the right eye.
Um eine dreidimensionale Visualisierung in Farbe zu ermöglichen kann die 3D-Brille beispielsweise für das linke und rechte Auge Folien bzw. Brillengläser mit unterschiedlichen Polarisationseigenschaften aufweisen. Dementsprechend muß der Bildschirm bzw. der Projektor die ersten Bilder mit einer entsprechend anderen Polarisation des Lichts darstellen als die zweiten Bilder.In order to enable a three-dimensional visualization in color, the 3D glasses, for example, for the left and right eye slides or have lenses with different polarization properties. Accordingly, the screen or the projector must display the first images with a correspondingly different polarization of the light than the second images.
Weiter kann auch eine Farbkodierung derart erfolgen, daß die Wellenlängenbereiche des Lichts für Blau, Grün und Rot jeweils geteilt werden, so daß dem linken Auge jeweils ein Bereich des blauen, grünen und roten Lichts zugeordnet wird, welcher jeweils verschieden von dem Bereich des blauen, grünen und roten Lichts ist, welcher dem rechten Auge zugeordnet wird. Dieses bevorzugte Verfahren ist auch als „Interferenzfiltertechnologie” bekannt. Beispielsweise können die Grundfarben der ersten Bilder mit folgenden Wellenlängen dargestellt werden: Rot etwa 629 nm, Grün etwa 532 nm, Blau etwa 446 nm. Davon verschieden können die Grundfarben der zweiten Bilder mit folgenden Wellenlängen dargestellt werden: Rot etwa 615 nm, Grün etwa 518 nm, etwa Blau 432 nm. Die Zuordnung der ersten Bilder für das linke Auge und der zweiten Bilder für das reche Auge erfolgt mit einer 3D-Brille, die über trennscharfe Interferenzfilter für das linke und rechte Auge jeweils das entsprechende Wellenlängen-Tripel herausfiltert.Further, color coding may also be performed so that the wavelength ranges of the blue, green and red light are respectively divided so that each region of the blue, green and red light is assigned to the left eye which is different from the area of blue, green and red respectively. green and red light, which is assigned to the right eye. This preferred method is also known as "interference filter technology". For example, the primary colors of the first images may be represented by the following wavelengths: red about 629 nm, green about 532 nm, blue about 446 nm. Of these, the fundamental colors of the second images may differ with the following wavelengths red about 615 nm, green about 518 nm, about blue 432 nm. The assignment of the first images for the left eye and the second images for the right eye is carried out with a 3D glasses, which has selective interference filters for the left and right eye filters out the corresponding wavelength triple.
Weiter bevorzugt kann die Ausgabevorrichtung genau zwei Bildschirme bzw. Projektoren umfassen, wobei einer der beiden dem linken Auge des Betrachters zugeordnet ist und der andere der beiden dem rechten Auge. So kann beispielsweise eine 3D-Brille zwei Projektoren bzw. Bildschirme umfassen sowie entsprechende Okulare, so daß dem Betrachter die ersten Bilder direkt auf die Netzhaut des linken Auges projiziert wird und die zweiten Bilder entsprechend auf das rechte Auge.More preferably, the output device can comprise exactly two screens or projectors, one of which is assigned to the left eye of the observer and the other of the two to the right eye. Thus, for example, a 3D glasses two projectors or screens include and corresponding eyepieces so that the viewer the first images is projected directly onto the retina of the left eye and the second images corresponding to the right eye.
Weiter bevorzugt erfolgt eine interaktive Darstellung des Bilddatensatzes, so daß der Betrachter über eine Schnittstelle (beispielsweise eine Maus, einen Trackball, ein Touchpad, eine Tastatur, einen Touchscreen usw.) auswählen kann, welches zugehörige Paar der ersten und zweiten Bilder dargestellt wird. Vorteilhafterweise kann der Betrachter das dreidimensional visualisierte Objekt nach Belieben drehen und verschieben. Besonders bevorzugt kann der Bilddatensatz als dreidimensionaler Film dargestellt werden, insbesondere wenn das Objekt mittels zumindest einer Videokamera als optischer Erfassungseinrichtung erfaßt wurde.More preferably, an interactive representation of the image data set, so that the viewer via an interface (for example, a mouse, a trackball, a touchpad, a keyboard, a touch screen, etc.) can select which associated pair of the first and second images is displayed. Advantageously, the viewer can rotate and move the three-dimensionally visualized object as desired. Particularly preferably, the image data set can be displayed as a three-dimensional film, in particular if the object has been detected by means of at least one video camera as an optical detection device.
Vorzugsweise umfaßt das Verfahren den weiteren Schritt:
- – Bestimmen von M Azimutwinkeln θ1 bis θM;
- – Durchführen der N Erfassungsschritte für jedes j ∊ [1...M] mit den Schritten – Positionieren des Objekts mit dem Azimutwinkel θj zu der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung; – Positionieren des Objekts mit dem Polarwinkel αi zu der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung – Erfassen eines ersten Bildes Li,j des Objekts mit einer der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung und Speichern des ersten Bildes Li,j; – Positionieren des Objekts mit dem Polarwinkel βi zu der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung – Erfassen eines zweiten Bildes Ri,j des Objekts mit einer der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung und Speichern des erfaßten zweiten Bildes Ri,j;
- – Erstellen und Speichern eines Bilddatensatzes umfassend eine erste Kodierung der ersten Bilder L1...LN×M des Objekts und eine zweite Kodierung der zweiten Bilder R1...RN×M des Objekts.
- Determining M azimuth angles θ 1 to θ M ;
- - performing the N detection steps for each j ε [1 ... M] with the steps of - positioning the object with the azimuth angle θ j to the at least one optical detection device; - Positioning the object with the polar angle α i to the at least one optical detection means - Detecting a first image L i, j of the object with one of the at least one optical detection means and storing the first image L i, j ; Positioning the object with the polar angle β i to the at least one optical detection device, capturing a second image R i, j of the object with one of the at least one optical detection device and storing the detected second image R i, j ;
- - Creating and storing an image data set comprising a first coding of the first images L 1 ... L N × M of the object and a second coding of the second images R 1 ... R N × M of the object.
Das Bestimmen von M Azimutwinkeln θ1 bis θM kann ein freies Wählen der Azimutwinkel umfassen, wobei M eine natürliche Zahl ist. Bevorzugt wird jedoch der Wertebereich des Azimutwinkels in gleich große Intervalle eingeteilt. Beispielsweise können die Azimutwinkel mittels der Beziehung θj = j × 180°/M für alle j ∊ [1...M] bestimmt sein. Dabei kann der Wert für M beispielsweise 2, 3, 4, 5, 6, 9, 10, 15, 18, 20, 30, 45, 60, usw. betragen. Besonders bevorzugt wird M derart gewählt, daß θj eine ganze Zahl ist. Weiter bevorzugt ist die Differenz des Azimutwinkels θi zwischen benachbarten Positionen für alle gewählten Azimutwinkel θi gleich groß. Mit anderen Worten kann eine äquidistante Einteilung des Wertebereiches des Azimutwinkels erfolgen.Determining M azimuth angles θ 1 to θ M may include freely selecting the azimuth angles, where M is a natural number. Preferably, however, the value range of the azimuth angle is divided into equally large intervals. For example, the azimuth angles may be determined by the relationship θ j = j × 180 ° / M for all j ε [1 ... M]. The value for M may be, for example, 2, 3, 4, 5, 6, 9, 10, 15, 18, 20, 30, 45, 60, etc. More preferably, M is chosen such that θ j is an integer. More preferably, the difference of the azimuth angle θ i between adjacent positions is the same for all selected azimuth angles θ i . In other words, an equidistant division of the value range of the azimuth angle can take place.
Für jeden vorbestimmten Azimutwinkel θj erfolgt ein relatives Positionieren des Objekts mit einem der vorbestimmten Azimutwinkel θj und allen der vorbestimmten Polarwinkel αi und βi zu der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung. Mit anderen Worten erfolgt eine flächige Erfassung der äußeren Hülle des Objektes. Dabei erfolgt das relative Positionieren entsprechend des vorbestimmten Azimutwinkel θj zweckmäßigerweise durch eine Verlagerung bzw. Drehung der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung, bevorzugt mittels eines motorischen Antriebs. Vorteilhafterweise können durch den Antrieb computergesteuert alle vorbestimmten und durch die Polarwinkel αi, βi und Azimutwinkel θj definierten N × M Positionen angefahren und das Objekt in diesen Positionen optisch erfaßt werden.For each predetermined azimuth angle θ j , relative positioning of the object at one of the predetermined azimuth angles θ j and all of the predetermined polar angles α i and β i to the at least one optical detection device occurs. In other words, a surface detection of the outer shell of the object takes place. In this case, the relative positioning takes place in accordance with the predetermined azimuth angle θ j expediently by a displacement or rotation of the at least one optical detection device, preferably by means of a motor drive. Advantageously, all predefined N × M positions defined by the polar angles α i , β i and azimuth angles θ j can be approached by the computer-controlled drive and the object can be optically detected in these positions.
Vorrichtung Gemäß einem AspektDevice According to one aspect
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum dreidimensionalen Erfassen von Objekten umfassend:
- – zumindest eine optische Erfassungseinrichtung;
- – eine Objektaufnahme, durch welche ein dreidimensionales Objekt aufnehmbar ist,
- – einen Antrieb, wobei die Objektaufnahme mittels des Antriebs um eine Längsachse Z in einem vorbestimmbaren Polarwinkel relativ zu der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung positionierbar ist;
- – eine Steuereinrichtung, welche ausgelegt ist, um N Polarwinkeln α1 bis αN und N Polarwinkeln β1 bis βN bereitzustellen, wobei gilt: βi = αi + δ für alle i ∊ [1...N] mit der Polarwinkeldifferenz δ und wobei die Steuereinrichtung ausgelegt ist für jedes i ∊ [1...N] folgende Schritte durchzuführen: – Positionieren des Objekts mit dem Polarwinkel αi zu der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung mittels des Antriebs; – Erfassen eines i-ten ersten Bildes Li des Objekts mittels einer der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung und Speichern des i-ten ersten Bildes Li in einem Datenspeicher; – Positionieren des Objekts mit dem Polarwinkel βi zu der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung mittels des Antriebs; – Erfassen eines i-ten zweiten Bildes Ri des Objekts mit einer der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung und Speichern des erfaßten i-ten zweiten Bildes Ri;
- – eine Signalverarbeitungseinrichtung, welche ausgelegt ist, einen Bilddatensatzes umfassend eine erste Kodierung der ersten Bilder L1...LN des Objekts und eine zweite Kodierung der zweiten Bilder R1...RN des Objekts zu erstellen und zu speichern.
- - At least one optical detection device;
- An object receptacle, by means of which a three-dimensional object can be accommodated,
- A drive, wherein the object receptacle can be positioned by means of the drive about a longitudinal axis Z in a predeterminable polar angle relative to the at least one optical detection device;
- A control device which is designed to provide N polar angles α 1 to α N and N polar angles β 1 to β N , where β i = α i + δ for all i ε [1 ... N] with the polar angle difference δ and wherein the control device is designed to carry out the following steps for each i ε [1 ... N]: - Positioning of the object with the polar angle α i to the at least one optical detection means by means of the drive; Detecting an i-th first image L i of the object by means of one of the at least one optical detection device and storing the i-th first image L i in a data memory; - Positioning of the object with the polar angle β i to the at least one optical detection means by means of the drive; Acquiring an i-th second image R i of the object with one of the at least one optical detection means and storing the detected i-th second image R i ;
- - A signal processing device which is designed to create an image data set comprising a first coding of the first images L 1 ... L N of the object and a second encoding of the second images R 1 ... R N of the object and to store.
Vorteilhafterweise kann die Vorrichtung ein Objekt automatisch dreidimensional Erfassen und insbesondere die Positionierung von dem Objekt relativ der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung steuern, so daß ein Erfassen des Objekts mit einem geringen Handhabungsaufwand erfolgen kann.Advantageously, the device can automatically detect an object three-dimensionally and, in particular, control the positioning of the object relative to the at least one optical detection device so that the object can be detected with little handling effort.
Durch die zumindest eine optische Erfassungseinrichtung ist ein digitales Bild des Objektes erzeugbar, welches anschließend durch ein computer-implementiertes Verfahren verarbeitbar ist. Dazu umfaßt die optische Erfassungseinrichtung zumindest einen digitalen Bildsensor, wie zum Beispiel einen CCD Sensor oder einen CMOS Sensor, welcher bevorzugt Teil einer digitalen Fotokamera bzw. einer digitale Videokamera sein kann. Besonders bevorzugt sind die erfaßten Bilder von der optischen Erfassungseinrichtung mittels des „picture transfer protocol” (PTP) auslesbar.By the at least one optical detection device, a digital image of the object can be generated, which is then processable by a computer-implemented method. For this purpose, the optical detection device comprises at least one digital image sensor, such as a CCD sensor or a CMOS sensor, which may preferably be part of a digital still camera or a digital video camera. Particularly preferably, the captured images can be read out by the optical detection device by means of the "picture transfer protocol" (PTP).
Die Vorrichtung umfaßt weiter bevorzugt zumindest ein Speichermedium, welches die von der optischen Erfassungseinrichtung erfaßten Bilder speichern kann. Besonders bevorzugt werden die erfaßten Bilder unmittelbar zum Speichermedium übertragen, insbesondere mittels des picture transfer protocol, und dort gespeichert, so daß vorteilhafterweise dafür kein Speichermedium in der optischen Erfassungseinrichtung bereitgestellt werden muß. Das Speichermedium kann beispielsweise einen Speicherbaustein (zum Beispiel einen RAM- bzw. EEPROM-Speicherbaustein), eine Diskette und/oder eine Festplatte. Das Speichermedium kann insbesondere Teil eines Computers sein, welche beispielsweise über eine „universal serial bus” (USB) Verbindung mit der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung verbunden ist.The apparatus further preferably comprises at least one storage medium which can store the images captured by the optical detection means. Particularly preferably, the captured images are transmitted directly to the storage medium, in particular by means of the picture transfer protocol, and stored there, so that advantageously no storage medium has to be provided in the optical detection device. The storage medium may be, for example, a memory module (for example a RAM or EEPROM memory module), a floppy disk and / or a hard disk. The storage medium may in particular be part of a computer, which is connected to the at least one optical detection device via a "universal serial bus" (USB) connection, for example.
Die Objektaufnahme ist ausgelegt ein dreidimensionales Objekt zumindest bereichsweise aufzunehmen. Beispielsweise kann die Objektaufnahme eine Fläche aufweisen, auf welche das zu erfassende Objekt legbar ist. Weiter bevorzugt kann die Fläche konkav ausgebildet sein, um das Objekt bereichsweise in die konkave Mulde zu legen, wodurch das Objekt lateral fixiert ist. Beispielsweise kann ein kugelförmiges Objekt nicht aus der konkaven Mulde herausrollen.The object holder is designed to record a three-dimensional object at least in regions. For example, the object receptacle may have an area to which the object to be detected can be placed. More preferably, the surface may be concave in order to place the object in regions in the concave depression, whereby the object is fixed laterally. For example, a spherical object can not roll out of the concave trough.
Für jeden vorbestimmten Polarwinkel αi bzw. βi erfolgt ein relatives Positionieren des Objekts mit einem der vorbestimmten Polarwinkel αi bzw. βi zu der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung mittels des Antriebs. Der Antrieb ist durch die Steuereinrichtung steuerbar bzw. regelbar. Mit anderen Worten kann durch den Antrieb die vorbestimmte Position innerhalb einer vorbestimmbaren Toleranz angefahren werden. Dazu kann der Antrieb beispielsweise einen Schrittmotor umfassen.For each predetermined polar angle α i or β i , a relative positioning of the object with one of the predetermined polar angles α i or β i to the at least one optical detection device takes place by means of the drive. The drive can be controlled or regulated by the control device. In other words, the drive can approach the predetermined position within a predeterminable tolerance. For this purpose, the drive may comprise, for example, a stepping motor.
Der Antrieb positioniert die Objektaufnahme relativ zu der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung. Mit anderen Worten kann die Objektaufnahme durch den Antrieb bewegt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die optische Erfassungseinrichtung mittels des Antriebs bewegt werden.The drive positions the object receptacle relative to the at least one optical detection device. In other words, the object holder can be moved by the drive. Alternatively or additionally, the optical detection device can be moved by means of the drive.
Vorzugsweise weist die Objektaufnahme einen Drehteller auf, welcher um die Längsachse Z drehbar ist.Preferably, the object receptacle has a turntable, which is rotatable about the longitudinal axis Z.
Vorzugsweise ist die zumindest eine optische Erfassungseinrichtung an einer Erfassungseinrichtungshalterung befestigt, welche um die Längsachse Z schwenkbar ist und/oder welche entlang einer zur Längsachse Z senkrechten Schwenkachse X schwenkbar ist. Dadurch sind vorteilhafterweise verschiedene Azimutwinkel einstellbar.Preferably, the at least one optical detection device is attached to a detection device holder, which is pivotable about the longitudinal axis Z and / or which is pivotable along a vertical axis Z to the longitudinal axis Z pivot axis. As a result, advantageously different azimuth angles can be set.
Besonders bevorzugt weist die Objektaufnahme eine monochrome Färbung auf, um vorteilhafterweise das Freistellen des Objektes zu erleichtern. Weiter bevorzugt umfaßt die Vorrichtung zumindest eine künstliche Lichtquelle, um das Objekt auszuleuchten. insbesondere kann die zumindest eine künstliche Lichtquelle durch die Steuereinrichtung gesteuert sein. So kann beispielsweise die zumindest eine künstliche Lichtquelle nur dann zum Leuchten gebracht sein, wenn das Objekt durch die zumindest eine optischen Erfassungseinrichtung erfaßt wird. Insbesondere kann die künstliche Lichtquelle ein Elektronenblitz sein, welcher zweckmäßigerweise lediglich zum Erfassen des Objektes gezündet wird.Particularly preferably, the object holder has a monochrome coloring in order to advantageously facilitate the cropping of the object. More preferably, the device comprises at least one artificial light source to illuminate the object. In particular, the at least one artificial light source can be controlled by the control device. Thus, for example, the at least one artificial light source can only be lit when the object is detected by the at least one optical detection device. In particular, the artificial light source may be an electronic flash, which is expediently ignited merely for detecting the object.
Die Signalverarbeitungseinrichtung kann insbesondere mit der Steuereinrichtung eine Einheit bilden und beispielsweise Teil eines Computers sein. Die Signalverarbeitungseinrichtung ist ausgelegt einen Bilddatensatzes zu erzeugen, welcher eine erste Kodierung der ersten Bilder und eine zweite Kodierung der zweiten Bilder umfaßt. Besonders bevorzugt umfaßt die Signalverarbeitungseinrichtung integrierte Schaltkreise (IC) bzw. digitale Signalprozessoren (DSP), welche eine entsprechende Kodierung der Bilder durchführen.The signal processing device can in particular form a unit with the control device and be part of a computer, for example. The signal processing device is designed to generate an image data set which comprises a first coding of the first images and a second coding of the second images. Particularly preferably, the signal processing device comprises integrated circuits (IC) or digital signal processors (DSP), which perform a corresponding coding of the images.
Vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung zwei optische Erfassungseinrichtungen, welche relativ zu der Längsachse Z um die Polarwinkeldifferenz δ voneinander beabstandet positioniert sind, wobei das i-te ersten Bild Li und das i-te zweite Bild Ri des Objekts gleichzeitig erfaßbar sind. Preferably, the apparatus comprises two optical detectors positioned relative to the longitudinal axis Z spaced from each other by the polar angle difference δ, the i-th first image L i and the ith second image R i of the object being simultaneously detectable.
Bevorzugt sind die zwei optischen Erfassungseinrichtungen starr miteinander verbunden, so daß insbesondere lediglich ein Antrieb notwendig ist für den Fall, daß die optischen Erfassungseinrichtungen zur Positionierung bewegt werden. Besonders bevorzugt beträgt der Abstand der optischen Erfassungseinrichtungen, also der Abstand zwischen deren optischen Achsen beim Eintritt in die Erfassungseinrichtungen, etwa dem Abstand d der Augen bzw. der Pupillardistanz eines Menschen. Der Abstand d beträgt bevorzugt etwa 50 mm bis etwa 75 mm, insbesondere etwa 60 mm bis etwa 65 mm.Preferably, the two optical detection means are rigidly connected to each other, so that in particular only one drive is necessary in the event that the optical detection means are moved for positioning. Particularly preferably, the distance between the optical detection devices, ie the distance between their optical axes when entering the detection devices, is approximately the distance d of the eyes or the pupillary distance of a person. The distance d is preferably about 50 mm to about 75 mm, in particular about 60 mm to about 65 mm.
Vorzugsweise ist die Signalverarbeitungseinrichtung ausgelegt, einen Bilddatensatz zu erstellen,
wobei mittels der Signalverarbeitungseinrichtung ein erstes Tessellationsmodell anhand der ersten Bilder L1...LN des Objekts umfassend ML erste Flächenelemente erzeugbar ist,
wobei mittels der Signalverarbeitungseinrichtung ein erstes Texturmodell für alle ML ersten Flächenelemente anhand der ersten Bilder L1...LN des Objekts erzeugbar ist,
wobei mittels der Signalverarbeitungseinrichtung ein zweites Tessellationsmodell anhand der zweiten Bilder R1...RN des Objekts umfassend MR erste Flächenelemente erzeugbar ist und
wobei mittels der Signalverarbeitungseinrichtung ein zweites Texturmodell für alle MR zweiten Flächenelemente anhand der zweiten Bilder R1...RN des Objekts erzeugbar ist.Preferably, the signal processing device is designed to produce an image data record,
wherein by means of the signal processing device a first tessellation model can be generated on the basis of the first images L 1 ... L N of the object comprising M L first surface elements,
wherein by means of the signal processing device, a first texture model for all M L first surface elements based on the first images L 1 ... L N of the object is generated,
wherein by means of the signal processing means a second tessellation model based on the second images R 1 ... R N of the object comprising M R first surface elements is generated and
wherein by means of the signal processing means a second texture model for all M R second surface elements based on the second images R 1 ... R N of the object can be generated.
Computerprogrammprodukt gemäß einem AspektComputer program product according to one aspect
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt, insbesondere verkörpert als ein Signal und/oder als ein Datenstrom, welches computerlesbare Instruktionen umfaßt, wobei die Instruktionen ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführen, wenn sie auf einem geeigneten Computersystem geladen und ausgeführt werden.One aspect of the present invention relates to a computer program product embodied, in particular, as a signal and / or a data stream comprising computer readable instructions, which instructions perform a method of the invention when loaded and executed on a suitable computer system.
Mit anderen Worten wird ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, welches Programmteile zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer bevorzugten Ausführungsform davon umfaßt. Mit anderen Worten kann das erfindungsgemäße Verfahren ein computer-implementiertes Verfahren sein. Ferner wird ein Computerprogramm bereitgestellt, welches, wenn auf einen Computer geladen, das Verfahren gemäß der Erfindung oder einer bevorzugten Ausführungsform ausführen kann. Der Computer kann Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung sein. Beispielsweise kann der Computer die Steuereinrichtung und/oder die Signalverarbeitungseinrichtung umfassen. Mit anderen Worten kann bzw. können die Steuereinrichtung und/oder die Signalverarbeitungseinrichtung ausgelegt sein, computerlesbare Instruktionen zu laden und auszuführen, welches insbesondere von dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt geladen werden können.In other words, a computer program product is provided which comprises program parts for carrying out the method according to the invention or a preferred embodiment thereof. In other words, the method according to the invention can be a computer-implemented method. Further provided is a computer program which, when loaded on a computer, may perform the method according to the invention or a preferred embodiment. The computer may be part of the device according to the invention. For example, the computer may comprise the control device and / or the signal processing device. In other words, the control device and / or the signal processing device can be designed to load and execute computer-readable instructions, which in particular can be loaded by the computer program product according to the invention.
Ferner wird ein computerlesbares Speichermedium bereitgestellt, auf dem ein solches Computerprogramm gespeichert ist. Dieses Speichermedium kann beispielsweise eine CompactDisc, eine Digital Versatile Disc, eine SD-Karte, eine Diskette, eine Festplatte oder einen Speicherbaustein umfassen.Furthermore, a computer-readable storage medium is provided on which such a computer program is stored. This storage medium may comprise, for example, a compact disc, a digital versatile disc, an SD card, a floppy disk, a hard disk or a memory module.
Figurenbeschreibungfigure description
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft erläutert. Einzelne Merkmale der gezeigten bevorzugten Ausführungsformen können zu weiteren bevorzugten Ausführungsformen kombiniert werden. Es zeigen:Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Individual features of the preferred embodiments shown may be combined to other preferred embodiments. Show it:
Die
Die Objektaufnahme
Eine Steuereinrichtung
Die Steuereinrichtung
Eine Signalverarbeitungseinrichtung
Um ein dreidimensionales Volumenmodell des erfaßten Objektes aus einer Vielzahl von N erfaßten Bildern zu erzeugen, werden zu jedem der N Bilder die entsprechenden Silhouette wie weiter oben beschrieben erzeugt. Die aus dem ersten Bild generierte Silhouette definiert zusammen mit der zugeordneten Position der optischen Erfassungseinrichtung
Das erfaßte Objekt
Das Erfassen des Objekts
Das Erstellen eines dreidimensionalen Volumenmodells des erfaßten Objektes
Die
Das nach den Kalibrierungsschritten S1 und S3 durchzuführende Verfahren zum Erfassen eines dreidimensionalen Objekts umfaßt das N-fache Durchführen von Erfassungsschritten S5, wobei wie weiter oben beschrieben für jeden der N Erfassungsschritte ein Positionieren des Objekts mit einem vorbestimmten Polarwinkel αi zu der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung, ein Erfassen eines i-ten ersten Bildes Li des Objekts mit einer der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung, ein Speichern des i-ten ersten Bildes Li, ein Positionieren des Objekts mit einem Polarwinkel βi zu der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung, ein Erfassen eines i-ten zweiten Bildes Ri des Objekts mit einer der zumindest einen optischen Erfassungseinrichtung und ein Speichern des erfaßten i-ten zweiten Bildes Ri umfaßt.The method for detecting a three-dimensional object to be performed after the calibration steps S1 and S3 comprises performing N-times detection steps S5, as described above for each of the N detection steps positioning the object with a predetermined polar angle α i to the at least one optical detection means , detecting an i-th first image L i of the object with one of the at least one optical detection device, storing the i-th first image L i , positioning the object with a polar angle β i to the at least one optical detection device, detection of an i-th second image R i of the object with one of the at least one optical detection means and storing the detected i-th second image R i .
Ausgehend von den erfaßten ersten und zweiten Bildern kann in einem Tessellationsschritt S7 auf Grundlage der erfaßten ersten Bilder ein erstes Tessellationsmodell und anhand der zweiten Bilder ein zweites Tessellationsmodell erstellt werden. Dabei umfaßt jedes Tessellationsmodell die räumlichen Koordinaten des erfaßten Objekts. Um diese räumlichen Koordinaten zu berechnen, werden vorzugsweise die in dem Kalibrierungsschritt S3 berechneten Kalibrierparameter verwendet. Die räumliche Koordinaten des Objektes werden in jedem der Tessellationsmodelle zu Dreiecken zusammengefaßt, welche die Oberfläche des erfaßten Objekts approximieren bzw. annähern. Beispielhaft ist in den
Weiter mit Bezug zur
In einem Kodierungsschritt S11 können das erste und zweite Texturmodell kodiert in einem Bilddatensatz auf einem Speichermedium gespeichert werden. Mit anderen Worten umfaßt der gespeicherte Bilddatensatz eine erste Kodierung der ersten Bilder des Objekts und eine zweite Kodierung der zweiten Bilder des Objekts.In a coding step S11, the first and second texture models can be stored coded in an image data record on a storage medium. In other words, the stored image data set comprises a first coding of the first images of the object and a second coding of the second images of the object.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Vorrichtung zum dreidimensionalen Erfassen von ObjektenDevice for the three-dimensional detection of objects
- 3a, 3b3a, 3b
- optische Erfassungseinrichtungoptical detection device
- 4a, b4a, b
- konusförmiges Volumencone-shaped volume
- 55
- ErfassungseinrichtungshalterDetector holder
- 77
- Objektaufnahme, DrehtellerObject holder, turntable
- 88th
- HintergrundelementBackground element
- 99
- Objektobject
- 1111
- Antriebdrive
- 1313
- Steuereinrichtungcontrol device
- 15a, b15a, b
- Datenleitungendata lines
- 1717
- Lichtquellelight source
- 1919
- Datenspeicherdata storage
- 2121
- SignalverarbeitungseinrichtungSignal processing device
- 2323
- Schnittmengeintersection
- 2525
- Volumenelementvoxel
- ZZ
- Längsachselongitudinal axis
Claims (11)
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