本發(fā)明涉及一種用于對測量物體的三維形狀進行測量的技術。

背景技術：
利用圖像的對物體表面的三維形狀測量用于各種目的，例如，基于實物來生成三維模型，以及測量物體的位置和姿勢。在利用圖像所進行的三維形狀測量技術中，廣泛采用了照射被稱為結構光的圖案光的主動方法，這是由于該方法的測量的可靠性高。作為進行這種圖案光的照射的裝置，通常使用作為投影型圖像顯示裝置的投影儀。利用投影儀來進行三維形狀測量的方法的典型示例包括空間編碼方法和相移方法?？臻g編碼方法和相移方法是通過投射二維條紋圖案光來進行三維形狀測量的方法。在空間編碼方法中，以時間序列來投射二進制條紋圖案不同的光束，從而穩(wěn)定地將所拍攝的圖像數(shù)據(jù)上的坐標與從投影儀投射的圖像數(shù)據(jù)上的坐標相關聯(lián)。在相移方法中，投射對正弦波條紋圖案的相位進行偏移所得到的多個條紋圖案光束，并且觀察所拍攝的圖像數(shù)據(jù)上各像素的濃度值的改變，由此將所拍攝的圖像數(shù)據(jù)上的坐標與從投影儀投射的圖像數(shù)據(jù)上的坐標相關聯(lián)。用于投射條紋圖案光的上述方法所使用的照相機和投影儀是用于通過透鏡來輸入和輸出光的裝置。因此，在光通過透鏡時所產(chǎn)生的被稱為畸變像差的畸變被添加至了由照相機所拍攝的圖像數(shù)據(jù)和從投影儀輸出的圖像數(shù)據(jù)。為了進行高精度的三維形狀測量，需要適當?shù)乜紤]這種透鏡畸變的影響。在校正照相機的透鏡畸變時，通常預先校準畸變參數(shù)，并且使用該畸變參數(shù)來將所拍攝的圖像數(shù)據(jù)上的二維坐標校正為三維形狀測量中沒有畸變的坐標。同樣地，對于投影儀的透鏡畸變，類似于對照相機的校正，也可以通過預先進行校準以基于校準結果來進行校正。然而，在諸如空間編碼方法和相移方法等的利用條紋圖案光的上述方法中，通常利用投影儀來投射與連接照相機和投影儀的基線的方向大致垂直的條紋圖案光，從而進行三維形狀的測量。由此，為了校正投影儀的透鏡畸變，盡管并非是三維形狀測量所必需，但是需要投射與三維形狀測量所需的條紋圖案光垂直的圖案光。另一方面，R.J.Valkenburg和A.M.McIvor的“Aceurate3Dmeasurementusingastructuredlightsystem，”lmageandVisionComputing，vol.16，no.2，pp.99-110，1998公開了如下的一種方法：通過使作為在忽略透鏡畸變的情況下所計算出的坐標而計算出的臨時三維坐標最優(yōu)化，以使得滿足包括透鏡畸變的投影模型，來在不投射非必需圖案光的情況下，對投影儀的透鏡畸變進行校正。然而，為了校正投影儀的透鏡畸變而投射與三維形狀測量所需的條紋圖案光垂直的圖案光，這自然會增加要投射的圖案光束的數(shù)量。這導致拍攝圖像數(shù)據(jù)和處理圖像數(shù)據(jù)所需的時間增加的問題。另一方面，在R.J.Valkenburg和A.M.McIvor，“Accurate3Dmeasurementusingastructuredlightsystem，”ImageandVisionComputing，vol.16，no.2，pp.99-110，1998中所公開的方法中，盡管由于圖案光的投射和拍攝是分別進行的而沒有增加測量時間，但是需要執(zhí)行諸如計算臨時三維坐標和對三維坐標進行非線性優(yōu)化等的處理。由于需要針于圖像數(shù)據(jù)上的大量的點來進行這些處理操作，由此帶來的以下問題：由于需要執(zhí)行大量的計算，因此需要很長的時間來完成計算。

技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種信息處理設備，用于利用在圖像上的二維位置不是唯一確定的預定圖案光，在考慮到投影裝置的透鏡畸變的情況下，高速地進行高精度的三維形狀測量。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種信息處理設備，包括：輸入單元，用于輸入被投影設備投射了預定圖案圖像、然后被攝像設備進行了攝像的對象物體的圖像數(shù)據(jù)；關聯(lián)單元，用于提供所述對象物體的圖像數(shù)據(jù)上的坐標和所述預定圖案圖像的圖像數(shù)據(jù)上的坐標之間的關聯(lián)；第一視線矢量求出單元，用于求出針對所述攝像設備的透鏡畸變而進行了校正的、所述攝像設備側的視線矢量；第二視線矢量求出單元，用于求出沒有針對所述投影設備的透鏡畸變進行校正的、所述投影設備側的視線矢量；以及交點坐標求出單元，用于針對所述關聯(lián)單元所提供的各個關聯(lián)，求出三維空間中的如下交點的坐標，所述交點是在針對所述攝像設備的透鏡畸變而進行了校正的、所述攝像設備側的視線矢量和沒有針對所述投影設備的透鏡畸變進行校正的、所述投影設備側的視線矢量之間的交點。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種信息處理方法，其由信息處理設備來執(zhí)行，所述信息處理方法包括：輸入被投影設備投射了預定圖案圖像、然后被攝像設備進行了攝像的對象物體的圖像數(shù)據(jù)；提供所述對象物體的圖像數(shù)據(jù)上的坐標和所述預定圖案圖像的圖像數(shù)據(jù)上的坐標之間的關聯(lián)；求出針對所述攝像設備的透鏡畸變而進行了校正的、所述攝像設備側的視線矢量；求出沒有針對所述投影設備的透鏡畸變進行校正的、所述投影設備側的視線矢量；以及針對所提供的各個關聯(lián)，求出三維空間中的如下交點的坐標，所述交點是在針對所述攝像設備的透鏡畸變而進行了校正的、所述攝像設備側的視線矢量和沒有針對所述投影設備的透鏡畸變進行校正的、所述投影設備側的視線矢量之間的交點。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種非瞬態(tài)存儲介質，用于存儲用于使計算機用作信息處理設備的各個單元的程序，所述程序包括：輸入被投影設備投射了預定圖案圖像、然后被攝像設備進行了攝像的對象物體的圖像數(shù)據(jù)；提供所述對象物體的圖像數(shù)據(jù)上的坐標和所述預定圖案圖像的圖像數(shù)據(jù)上的坐標之間的關聯(lián)；求出針對所述攝像設備的透鏡畸變而進行了校正的、所述攝像設備側的視線矢量；求出沒有針對所述投影設備的透鏡畸變進行校正的、所述投影設備側的視線矢量；以及針對所提供的各個關聯(lián)，求出三維空間中的如下交點的坐標，所述交點是在針對所述攝像設備的透鏡畸變而進行了校正的、所述攝像設備側的視線矢量和沒有針對所述投影設備的透鏡畸變進行校正的、所述投影設備側的視線矢量之間的交點。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種信息處理設備，包括：投影單元，用于將亮度在預定方向上變化的圖案圖像投射到對象物體上；攝像單元，用于拍攝被投射了所述圖案圖像的所述對象物體的圖像；以及求出單元，用于通過將所拍攝的圖像上的坐標和所述投影單元中的所述圖案圖像的坐標相關聯(lián)，求出從所述投影單元或所述攝像單元至所述對象物體的距離，其中，所述求出單元包括：第一校正單元，用于基于所述攝像單元的預先確定的畸變參數(shù)，校正所拍攝的圖像上的坐標；以及第二校正單元，用于基于所述投影單元的預先確定的畸變參數(shù)、校正后的所拍攝的圖像上的坐標、以及根據(jù)所述投影單元和所述攝像單元的配置所確定的約束條件，校正所述圖案圖像上的至少一個坐標成分。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種信息處理設備的信息處理方法，所述信息處理設備包括：投影單元，用于將亮度在預定方向上變化的圖案圖像投射到對象物體上；以及攝像單元，用于拍攝被投射了所述圖案圖像的所述對象物體的圖像，所述信息處理方法包括：通過將所拍攝的圖像上的坐標和所述投影單元中的所述圖案圖像的坐標相關聯(lián)，求出從所述投影單元或所述攝像單元至所述對象物體的距離；基于所述攝像單元的預先確定的畸變參數(shù)，校正所拍攝的圖像上的坐標；以及基于所述投影單元的預先確定的畸變參數(shù)、校正后的所拍攝的圖像上的坐標、以及根據(jù)所述投影單元和所述攝像單元的配置所確定的約束條件，校正所述圖案圖像上的至少一個坐標成分。根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供了一種非瞬態(tài)存儲介質，用于存儲用于使計算機用作信息處理設備的各個單元的程序，所述信息處理設備包括：投影單元，用于將亮度在預定方向上變化的圖案圖像投射到對象物體上；以及攝像單元，用于拍攝被投射了所述圖案圖像的所述對象物體的圖像，所述程序包括：通過將所拍攝的圖像上的坐標和所述投影單元中的所述圖案圖像的坐標相關聯(lián)，求出從所述投影單元或所述攝像單元至所述對象物體的距離；基于所述攝像單元的預先確定的畸變參數(shù)，校正所拍攝的圖像上的坐標；以及基于所述投影單元的預先確定的畸變參數(shù)、校正后的所拍攝的圖像上的坐標、以及根據(jù)所述投影單元和所述攝像單元的配置所確定的約束條件，校正所述圖案圖像上的至少一個坐標成分。根據(jù)本發(fā)明，可以利用在圖像上的二維位置不是絕對確定的預定圖案光，在考慮到投影裝置的透鏡畸變的情況下，高速地進行高精度的三維形狀測量。通過以下參考附圖對典型實施例的詳細說明，本發(fā)明的其它特征將變得明顯。附圖說明圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的信息處理設備的結構圖。圖2是從投影儀照射的條紋圖案光的圖。圖3是包括根據(jù)本發(fā)明第一實施例的信息處理設備的圖像處理系統(tǒng)的結構圖。圖4是用于說明照相機的投影模型的圖。圖5A和5B是用于說明照相機和投影儀之間透鏡畸變的差別的圖。圖6是由信息處理設備所執(zhí)行的三維形狀測量處理的流程圖。圖7是圖6的步驟中所執(zhí)行的三維坐標計算處理的流程圖。具體實施方式以下將參考示出本發(fā)明實施例的附圖來詳細說明本發(fā)明。首先，將給出本發(fā)明第一實施例的說明。在本發(fā)明的第一實施例中，將說明在利用空間編碼方法來進行三維形狀測量時考慮到投影儀的透鏡畸變的測量方法。圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的信息處理設備的結構圖。如圖1所示，由附圖標記101所表示的信息處理設備包括圖像輸入單元110、關聯(lián)單元120、校準數(shù)據(jù)存儲單元130、以及三維坐標計算單元140。此外，照相機100連接至信息處理設備101。注意，照相機100是攝像設備的示例。圖像輸入單元110輸入由照相機100所拍攝的圖像數(shù)據(jù)。在空間編碼方法中，對于三維形狀測量的各個操作，在每次投射圖2所示的多個二進制條紋圖案光中的一個時拍攝圖像數(shù)據(jù)，并由此將多個圖像數(shù)據(jù)項輸入至圖像輸入單元110。在本實施例中，為了估計所拍攝的圖像數(shù)據(jù)上的位圖案之間的邊界，不僅投射了表示5位格雷碼的水平條紋圖案光，還投射了該條紋圖案光的切換了黑色白色的反轉圖案光。圖3是包括根據(jù)本實施例的信息處理設備101的圖像處理系統(tǒng)的結構圖。在圖3所示的圖像處理系統(tǒng)中，將照相機100和由附圖標記105所表示的投影儀彼此相對固定，并分別連接至信息處理設備101。信息處理設備101向投影儀105發(fā)送用于投射圖2所示的其中一個條紋光的命令，然后向照相機100發(fā)送用于拍攝圖像數(shù)據(jù)的命令。注意，投影儀105是投影設備的示例。關聯(lián)單元120將輸入至圖像輸入單元110的多個圖像數(shù)據(jù)項上的各個二維坐標與投影儀105所投射的圖像數(shù)據(jù)上的相應幾何基元(geometrieprimitive)相關聯(lián)。在本實施例中，幾何基元是水平直線，并且關聯(lián)單元120將各二維坐標與條紋圖案的圖像數(shù)據(jù)上在垂直方向上的相應的線的坐標相關聯(lián)。校準數(shù)據(jù)存儲單元130存儲照相機100和投影儀105的預先經(jīng)過校準的內部參數(shù)、以及照相機100和投影儀105的相對位置和姿勢。內部參數(shù)包括：焦距、主點位置和畸變參數(shù)(本實施例中為徑向畸變系數(shù)和切向畸變系數(shù))。通過Zhang方法(Z.Zhang，“Aflexiblenewteehniqueforcameracalibration，”IEEETransactionsonPatternAnalysisandMachineIntelligence，vol.22，no.11，pp.1330-1334，2000)來預先校準照相機100和投影儀105的內部參數(shù)?；谠趯炔繀?shù)...