專利名稱：一種投影重建的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維立體圖像重建技術(shù)，更具體地說(shuō)，涉及一種投影重建的系統(tǒng)和方 法。
背景技術(shù)：
點(diǎn)云數(shù)據(jù)是利用三維掃描設(shè)備對(duì)物體表面投影進(jìn)行直接采樣而得到的點(diǎn)，這些 點(diǎn)是三維模型投影最初的，也是最直接的表示。通過(guò)分析點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可以對(duì)模型的幾何投影 進(jìn)行重建。物體點(diǎn)云獲取的方法很多，常見的方法有利用結(jié)構(gòu)光圖像信息來(lái)獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)， 也有采用雙目可見光圖像信息來(lái)獲取數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有基于散斑的方法投影出來(lái)的散斑結(jié)構(gòu)光進(jìn) 行三維重建的方法，其散斑圖案在其圖案生成器中固定沒(méi)有變化，圖像傳感器必須掃描到 整個(gè)散斑圖案所在的目標(biāo)區(qū)域，才能獲取散斑尺寸，同時(shí)由于散斑的特點(diǎn)，對(duì)圖像傳感器的 設(shè)備要求較高，且設(shè)備的靈活性較差。此外，在使用結(jié)構(gòu)光投影的三維重建技術(shù)中，對(duì)環(huán)境的要求比較嚴(yán)格，很容易受到 背景光線的干擾，使重建出現(xiàn)錯(cuò)誤。所以目前大多數(shù)的結(jié)構(gòu)光投影重建只能使用在小范圍 內(nèi)使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有基于散斑的方法投影出來(lái)的散斑結(jié)構(gòu)光 固定不變從對(duì)圖像傳感器的設(shè)備要求較高且易受背景光線干擾的缺陷，提供一種可以根據(jù) 需要控制鏡面反射裝置，從而生成適于測(cè)量對(duì)象的結(jié)構(gòu)光圖案，并同步控制圖像傳感器對(duì) 所需的區(qū)域進(jìn)行重復(fù)曝光的投影重建的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種投影重建的系統(tǒng)，包括 投影單元，包括光源和鏡面反射裝置，所述鏡面反射裝置用于通過(guò)調(diào)整鏡面姿態(tài)，將所述光 源發(fā)出的光線反射到目標(biāo)區(qū)域形成預(yù)設(shè)的結(jié)構(gòu)光圖案；圖像傳感器，用于逐步曝光以拍攝 所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)至少部分區(qū)域的結(jié)構(gòu)光圖案的投影圖像；同步控制單元，用于控制所述圖 像傳感器連續(xù)兩小幀圖像的曝光區(qū)域至少部分重疊，且所述重疊部分與所述鏡面反射裝置 反射的結(jié)構(gòu)光的投影區(qū)域同步；以及數(shù)據(jù)處理單元，與所述圖像傳感器連接，實(shí)時(shí)接收所述 結(jié)構(gòu)光圖案的投影圖像，對(duì)投影圖像中的多個(gè)小幀圖像進(jìn)行差分處理后得到去除背景光的 投影圖像，并獲取所述投影圖像和預(yù)先拍攝的基準(zhǔn)圖像中的結(jié)構(gòu)光圖案位移值，計(jì)算出所 述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。在本發(fā)明所述的投影重建的系統(tǒng)中，所述光源采用點(diǎn)光源時(shí)，所述鏡面反射裝置 采用二維振鏡，生成的結(jié)構(gòu)光圖案為線陣狀圖案或點(diǎn)陣狀圖案；所述光源采用線光源時(shí)，所 述鏡面反射裝置采用一維振鏡，生成的結(jié)構(gòu)光圖案為線陣狀圖案。在本發(fā)明所述的投影重建的系統(tǒng)中，所述一維振鏡或二維振鏡采用MEMS振鏡。在本發(fā)明所述的投影重建的系統(tǒng)中，所述數(shù)據(jù)處理單元包括圖像差分模塊、圖像整合模塊和投影重建模塊；所述圖像差分模塊將連續(xù)兩小幀圖像中分別在同一投影區(qū)域拍 攝的部分圖像進(jìn)行差分，得到該投影區(qū)域的去除背景光后的小幀圖像；所述圖像整合模塊 將經(jīng)過(guò)圖像差分模塊處理的所述多個(gè)小幀圖像組合后得所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)至少部分區(qū)域的 投影圖像；所述投影重建模塊獲取所述投影圖像和預(yù)先拍攝的基準(zhǔn)圖像中的結(jié)構(gòu)光圖案位 移值，計(jì)算出所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。 在本發(fā)明所述的投影重建的系統(tǒng)中，所述鏡面反射裝置采用一維振鏡生成線陣狀 的結(jié)構(gòu)光圖案時(shí)，所述數(shù)據(jù)處理單元通過(guò)以下公式計(jì)算結(jié)構(gòu)光圖案位移值為Δ石的目標(biāo)點(diǎn) 的距離Z ；
權(quán)利要求
1.一種投影重建的系統(tǒng)，其特征在于，包括投影單元，包括光源和鏡面反射裝置，所述鏡面反射裝置用于通過(guò)調(diào)整鏡面姿態(tài)，將所 述光源發(fā)出的光線反射到目標(biāo)區(qū)域形成預(yù)設(shè)的結(jié)構(gòu)光圖案；圖像傳感器，用于逐步曝光以拍攝所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)至少部分區(qū)域的結(jié)構(gòu)光圖案的投影 圖像；同步控制單元，用于控制所述圖像傳感器連續(xù)兩小幀圖像的曝光區(qū)域至少部分重疊， 且所述重疊部分與所述鏡面反射裝置反射的結(jié)構(gòu)光的投影區(qū)域同步；數(shù)據(jù)處理單元，與所述圖像傳感器連接，實(shí)時(shí)接收所述結(jié)構(gòu)光圖案的投影圖像，對(duì)投影 圖像中的多個(gè)小幀圖像進(jìn)行差分處理后得到去除背景光的投影圖像，并獲取所述投影圖像 和預(yù)先拍攝的基準(zhǔn)圖像中的結(jié)構(gòu)光圖案位移值，計(jì)算出所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)物體的三維點(diǎn)云數(shù) 據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影重建的系統(tǒng)，其特征在于，所述光源采用點(diǎn)光源時(shí)，所述 鏡面反射裝置采用二維振鏡，生成的結(jié)構(gòu)光圖案為線陣狀圖案或點(diǎn)陣狀圖案；所述光源采 用線光源時(shí)，所述鏡面反射裝置采用一維振鏡，生成的結(jié)構(gòu)光圖案為線陣狀圖案。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的投影重建的系統(tǒng)，其特征在于，所述一維振鏡或二維振鏡采 用MEMS振鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的投影重建的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理單元包括圖像 差分模塊、圖像整合模塊和投影重建模塊；所述圖像差分模塊將連續(xù)兩小幀圖像中分別在同一投影區(qū)域拍攝的部分圖像進(jìn)行差 分，得到該投影區(qū)域的去除背景光后的小幀圖像；所述圖像整合模塊將經(jīng)過(guò)圖像差分模塊處理的所述多個(gè)小幀圖像組合后得所述目標(biāo) 區(qū)域內(nèi)至少部分區(qū)域的投影圖像；所述投影重建模塊獲取所述投影圖像和預(yù)先拍攝的基準(zhǔn)圖像中的結(jié)構(gòu)光圖案位移值， 計(jì)算出所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的投影重建的系統(tǒng)，其特征在于，所述鏡面反射裝置采用一維 振鏡生成線陣狀的結(jié)構(gòu)光圖案時(shí)，所述數(shù)據(jù)處理單元通過(guò)以下公式計(jì)算結(jié)構(gòu)光圖案位移值 為Δ毛的目標(biāo)點(diǎn)的距離ζ ；其中，5為圖像傳感器與振鏡裝置的中心的距離，/為所述圖像傳感器的設(shè)備鏡頭焦 距，Z為選取的基準(zhǔn)圖像所在的標(biāo)準(zhǔn)平面的距離。
6. 一種投影重建的方法，其特征在于，包括以下步驟s1、通過(guò)控制鏡面反射裝置，將光源發(fā)出的光線反射到目標(biāo)區(qū)域并形成預(yù)設(shè)的結(jié)構(gòu)光 圖案；s2、利用圖像傳感器逐步曝光以拍攝所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)至少部分區(qū)域的結(jié)構(gòu)光圖案的投 影圖像，且控制所述圖像傳感器連續(xù)兩小幀圖像的曝光區(qū)域至少部分重疊，且所述重疊部 分與所述鏡面反射裝置反射的結(jié)構(gòu)光的投影區(qū)域同步；S3、實(shí)時(shí)接收所述結(jié)構(gòu)光圖案的投影圖像，對(duì)投影圖像中的多個(gè)小幀圖像進(jìn)行差分處 理后得到去除背景光的投影圖像，并獲取所述投影圖像和預(yù)先拍攝的基準(zhǔn)圖像中的位移 值，計(jì)算出所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的投影重建的方法，其特征在于，所述步驟Sl中所述光源采用 點(diǎn)光源時(shí)，所述鏡面反射裝置采用二維振鏡，生成的結(jié)構(gòu)光圖案為線陣狀圖案或點(diǎn)陣狀圖 案；所述光源采用線光源時(shí)，所述鏡面反射裝置采用一維振鏡，生成的結(jié)構(gòu)光圖案為線陣狀 圖案。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的投影重建的方法，其特征在于，所述步驟Sl中所采用的一維 振鏡或二維振鏡為MEMS振鏡。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的投影重建的方法，其特征在于，所述步驟S3中。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的投影重建的方法，其特征在于，所述步驟Sl中所采用的鏡面 反射裝置為一維振鏡生成線陣狀的結(jié)構(gòu)光圖案時(shí)，所述步驟S3中通過(guò)以下公式計(jì)算結(jié)構(gòu) 光圖案位移值為Δ石的目標(biāo)點(diǎn)的距離ζ ；
全文摘要
本發(fā)明涉及一種投影重建的系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)包括投影單元，包括光源和鏡面反射裝置，用于在目標(biāo)區(qū)域形成預(yù)設(shè)的結(jié)構(gòu)光圖案；圖像傳感器，用于逐步曝光以拍攝目標(biāo)區(qū)域內(nèi)至少部分區(qū)域的結(jié)構(gòu)光圖案的投影圖像；同步控制單元，用于控制圖像傳感器連續(xù)兩小幀圖像的曝光區(qū)域至少部分重疊，且所述重疊部分與鏡面反射裝置反射的結(jié)構(gòu)光的投影區(qū)域同步；以及數(shù)據(jù)處理單元，實(shí)時(shí)接收并對(duì)投影圖像中的多個(gè)小幀圖像進(jìn)行差分處理后得到去除背景光的投影圖像，并計(jì)算三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。本發(fā)明可以根據(jù)需要在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)投射出預(yù)設(shè)的結(jié)構(gòu)光圖案，并控制圖像傳感器有偏移地曝光以去除背景光提高精度，從而計(jì)算出目標(biāo)區(qū)域內(nèi)物體的三維深度數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)投影重建。
文檔編號(hào)G06T17/00GK102074045SQ20111002999
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者吳迪, 師丹瑋, 謝琪, 趙勇勝, 陳俊, 陳 光, 黃國(guó)君, 黃永春 申請(qǐng)人:深圳泰山在線科技有限公司