TW201716743A - 三維特徵資訊感測系統及感測方法 - Google Patents

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Abstract

三維特徵資訊感測系統包含一變焦式影像擷取裝置，以及一處理單元。該變焦式影像擷取裝置係用以於複數個焦距對一物件連續擷取複數個二維影像。該處理單元係用以移除該複數個二維影像之失焦部分及保留該複數個二維影像之對焦部分，且根據該複數個二維影像之相對應焦距堆疊該複數個二維影像之對焦部分，以產生該物件之三維特徵資訊。

Description

三維特徵資訊感測系統及感測方法
本發明係相關於一種三維特徵資訊感測系統及感測方法，尤指一種根據複數個不同焦距的二維影像運算出三維特徵資訊之感測系統及感測方法。
三維掃描儀(3D scanner)是一種用來偵測並分析現實世界中物體或環境形狀的裝置。蒐集到的資料常被用來進行三維重建運算，以建立實際物體的數位模型。三維掃描儀可根據各種不同的感測技術來實現，每種感測技術都有其限制及優缺點。一般而言，三維掃描儀可分為接觸式（contact）三維掃描儀與非接觸式（non-contact）三維掃描儀兩種。接觸式三維掃描儀係透過實際觸碰物體表面的方式計算物體的形狀，而非接觸式三維掃描儀係將能量投射至物體，再藉由能量的反射來計算物體的三維特徵資訊。常見的投射能量有一般的可見光、高能光束、超音波與 X 射線。
然而，先前技術的三維掃描儀的成本相當高，且先前技術的三維掃描儀需耗費大量時間來掃描物體，以建立實際物體的三維數位模型，因此先前技術的三維掃描儀效率較低。
本發明之目的在於提供一種根據複數個於不同焦距的二維影像運算出三維特徵資訊之感測系統及感測方法，以解決先前技術的問題。
本發明三維特徵資訊感測系統包含一變焦式影像擷取裝置，以及一處理單元。該變焦式影像擷取裝置係用以於複數個焦距對一物件連續擷取複數個二維影像。該處理單元係用以移除該複數個二維影像之失焦部分及保留該複數個二維影像之對焦部分，且根據該複數個二維影像之相對應焦距堆疊該複數個二維影像之對焦部分，以產生該物件之三維特徵資訊。
本發明三維特徵資訊感測方法包含利用一變焦式影像擷取裝置於複數個焦距對一物件連續擷取複數個二維影像；移除該複數個二維影像之失焦部分及保留該複數個二維影像之對焦部分；以及根據該複數個二維影像之相對應焦距堆疊該複數個二維影像之對焦部分，以產生該物件之三維特徵資訊。
相較於先前技術，本發明三維特徵資訊感測系統及感測方法係根據複數個不同焦距的二維影像運算出物件的三維特徵資訊，本發明只需要利用變焦式影像擷取裝置及適當的處理單元即可對物件進行三維感測，以建立物件的三維數位模型。因此本發明三維特徵資訊感測系統結構簡單，且具有較高的三維感測效率。
請參考第1圖，第1圖為本發明三維特徵資訊感測系統的第一實施例的示意圖。如第1圖所示，本發明三維特徵資訊感測系統100包含一變焦式影像擷取裝置110，以及一處理單元120。變焦式影像擷取裝置110係用以於複數個焦距對一物件連續擷取複數個二維影像。處理單元120係電連接於變焦式影像擷取裝置110以接收變焦式影像擷取裝置110擷取的二維影像，處理單元120並根據變焦式影像擷取裝置110擷取的複數個二維影像產生物件之三維特徵資訊。
請參考第2圖，並一併參考第1圖。第2圖為第1圖三維特徵資訊感測系統感測物件的三維特徵資訊的示意圖。如第2圖所示，變焦式影像擷取裝置110可於複數個焦距(例如焦距f1-f10)對一物件300連續擷取複數個(例如10個)二維影像，當處理單元120接收到變焦式影像擷取裝置110擷取的複數個二維影像後，處理單元120可先移除二維影像之失焦部分及保留二維影像之對焦部分，再根據物件300於二維影像之相對應焦距堆疊複數個二維影像之對焦部分，以產生物件300之三維特徵資訊。舉例來說，變焦式影像擷取裝置110可從焦距f1至焦距f10連續擷取10個物件300的二維影像，處理單元120再移除各個二維影像中之失焦部分及保留各個二維影像中之對焦部分A1-A10，之後處理單元120再根據二維影像的相對應焦距之間的對焦距離比例堆疊複數個二維影像之對焦部分A1-A10，以產生物件300之三維特徵資訊。如此，處理單元120可以建立物件300之三維數位模型300a。三維數位模型300a雖不具有物件300之實際尺寸資訊，但三維數位模型300a具有和物件300相似之尺寸比例。
另一方面，若變焦式影像擷取裝置110和承載台310(或物件300底部)沿Z軸方向之距離D1為已知，則處理單元120可進一步利用相機成像原理運算出物件300之其他對焦部份A1-A10和變焦式影像擷取裝置110沿Z軸方向之距離D2-D10，如此物件300之三維特徵資訊可以有更明確之尺寸資訊。
另外，處理單元120可進一步根據參考尺寸運算出物件300之對焦部份A1-A10沿X軸方向及Y軸方向之尺寸。舉例來說，若承載台310上刻有尺寸刻度，則處理單元120可根據承載台310上的尺寸刻度、距離D1-D10以及對焦部份A1-A10於二維影像中的大小比例，利用三角函數(或者其他類似算式)運算出物件300之對焦部份A1-A10沿X軸方向及Y軸方向之尺寸。
在得到距離D2-D10及對焦部份A、B、C沿X軸方向及Y軸方向之尺寸後，處理單元120即可運算出物件300之具有實際尺寸的三維特徵資訊，以建立物件300之實際尺寸的三維數位模型。在上述實施例中，變焦式影像擷取裝置110可用更多段之焦距對物件300擷取更多的二維影像，如此處理單元120運算出的物件300之三維特徵資訊的解析度可以更高，以得到更精確的三維數位模型，且本發明三維特徵資訊感測系統100可以對形狀更複雜之物件進行三維感測。
另一方面，變焦式影像擷取裝置110不限於從物件300之末端(或底部)開始擷取二維影像，變焦式影像擷取裝置110亦可以從物件300之後方遠處開始擷取二維影像，如此可以得到物件300及其周圍環境之三維特徵資訊。
另外，本發明三維特徵資訊感測系統100可另包含一儲存單元130，用以儲存物件300之複數個二維影像。如此，處理單元120不需在變焦式影像擷取裝置110擷取二維影像的同時即時運算出物件300之三維特徵資訊，處理單元120可以依序分析儲存單元130中儲存之二維影像以得到物件300的三維特徵資訊。因此，處理單元120的運算能力需求可進一步降低。再者，物件300之三維特徵資訊(及三維數位模型)亦可儲存於儲存單元130中，以供後續資料處理使用。
另一方面，處理單元120可根據變焦式影像擷取裝置110擷取的複數個二維影像產生一全景深影像資料，且處理單元120可根據物件300於全景深影像資料中相對應焦距之對焦部份及變焦式影像擷取裝置110和物件300之距離，運算出該物件300之三維特徵資訊。全景深影像資料包含複數個二維影像中的必要資訊，並將複數個二維影像中重複的資訊簡化或刪除，如此可以減低處理單元120運算物件300的三維特徵資訊時之負擔。
請參考第3圖，第3圖為本發明三維特徵資訊感測系統的第二實施例的示意圖。如第3圖所示，本發明三維特徵資訊感測系統200可另包含一距離量測單元140，用以量測變焦式影像擷取裝置110和物件之距離。依據上述配置，三維特徵資訊感測系統200不需在一預定距離下對物件進行三維特徵資訊的測量，三維特徵資訊感測系統200可以根據距離量測單元140量測到的距離，直接對周圍不特定距離的物件進行三維特徵資訊的測量。
請參考第4圖，第4圖為本發明三維特徵資訊感測方法之流程圖400。本發明三維特徵資訊感測方法之流程如下列步驟：
步驟410：利用一變焦式影像擷取裝置於複數個焦距對一物件連續擷取複數個二維影像；以及
步驟420：移除該複數個二維影像之失焦部分及保留該複數個二維影像之對焦部分；以及
步驟430：根據該複數個二維影像之相對應焦距堆疊該複數個二維影像之對焦部分，以產生該物件之三維特徵資訊。
相較於先前技術，本發明三維特徵資訊感測系統及感測方法係根據複數個不同焦距的二維影像運算出物件的三維特徵資訊，本發明只需要利用變焦式影像擷取裝置及適當的處理單元即可對物件進行三維感測，以建立物件的三維數位模型。因此本發明三維特徵資訊感測系統結構簡單，且具有較高的三維感測效率。   以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100, 200‧‧‧三維特徵資訊感測系統
110‧‧‧變焦式影像擷取裝置
120‧‧‧處理單元
130‧‧‧儲存單元
140‧‧‧距離量測單元
300‧‧‧物件
300a‧‧‧三維數位模型
310‧‧‧承載台
400‧‧‧流程圖
410至430‧‧‧步驟
A1-A10‧‧‧對焦部份
f1至f10‧‧‧焦距
D1至D10‧‧‧距離
第1圖為本發明三維特徵資訊感測系統的第一實施例的示意圖。 第2圖為第1圖三維特徵資訊感測系統感測物件的三維特徵資訊的示意圖。 第3圖為本發明三維特徵資訊感測系統的第二實施例的示意圖。 第4圖為本發明三維特徵資訊感測方法之流程圖。
100‧‧‧三維特徵資訊感測系統
110‧‧‧變焦式影像擷取裝置
120‧‧‧處理單元
130‧‧‧儲存單元

Claims (10)

  1. 一種三維特徵資訊感測系統，包含： 一變焦式影像擷取裝置，用以於複數個焦距對一物件連續擷取複數個二維影像；以及 一處理單元，用以移除該複數個二維影像之失焦部分及保留該複數個二維影像之對焦部分，且根據該複數個二維影像之相對應焦距堆疊該複數個二維影像之對焦部分，以產生該物件之三維特徵資訊。
  2. 如請求項1所述之三維特徵資訊感測系統，另包含一距離量測單元，用以量測該變焦式影像擷取裝置和該物件之距離，其中該處理單元是用以根據該複數個二維影像的相對應焦距及該變焦式影像擷取裝置和該物件之距離堆疊該複數個二維影像之對焦部份，以產生該物件之三維特徵資訊。
  3. 如請求項1所述之三維特徵資訊感測系統，其中該處理單元係用以根據該複數個二維影像的相對應焦距之間的對焦距離比例堆疊該複數個二維影像之對焦部分，以產生該物件之三維特徵資訊。
  4. 如請求項1所述之三維特徵資訊感測系統，另包含一儲存單元，用以儲存該複數個二維影像及/或該物件之三維特徵資訊。
  5. 如請求項1所述之三維特徵資訊感測系統，其中該處理單元另用以根據該複數個二維影像產生一全景深影像資料，且該處理單元係用以根據該物件於該全景深影像資料中相對應焦距之對焦部份及該變焦式影像擷取裝置和該物件之距離，運算出該物件之三維特徵資訊。
  6. 一種三維特徵資訊感測方法，包含： 利用一變焦式影像擷取裝置於複數個焦距對一物件連續擷取複數個二維影像； 移除該複數個二維影像之失焦部分及保留該複數個二維影像之對焦部分；以及 根據該複數個二維影像之相對應焦距堆疊該複數個二維影像之對焦部分，以產生該物件之三維特徵資訊。
  7. 如請求項6所述之方法，另包含量測該變焦式影像擷取裝置和該物件之距離，其中根據該複數個二維影像之相對應焦距堆疊該複數個二維影像之對焦部份，以產生該物件之三維特徵資訊，係為根據該物件於該複數個二維影像之相對應焦距及該變焦式影像擷取裝置和該物件之距離堆疊該複數個二維影像之對焦部份，以產生該物件之三維特徵資訊。
  8. 如請求項6所述之方法，另包含儲存該複數個二維影像及/或該物件之三維特徵資訊。
  9. 如請求項6所述之方法，其中根據該複數個二維影像之相對應焦距堆疊該複數個二維影像之對焦部份，以產生該物件之三維特徵資訊，係為根據該複數個二維影像之相對應焦距之間的對焦距離比例堆疊該複數個二維影像之對焦部份，以產生該物件之三維特徵資訊。
  10. 如請求項6所述之方法，另包含根據該複數個二維影像產生一全景深影像資料，其中根據該複數個二維影像之相對應焦距及該變焦式影像擷取裝置和該物件之距離，運算出該物件之三維特徵資訊，係為根據該物件於該全景深影像資料中相對應焦距之對焦部份及該變焦式影像擷取裝置和該物件之距離，運算出該物件之三維特徵資訊。
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