三維重建的圖像獲取方法和系統(tǒng)、三維重建方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總體涉及立體成像，具體涉及用于三維重建的圖像的獲取方法和系統(tǒng)、以及三維重建方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]多目立體成像是指根據(jù)多目立體視覺的基本原理來獲取、產(chǎn)生和傳輸一個(gè)場(chǎng)景，并將這個(gè)場(chǎng)景展現(xiàn)出具有立體感的景象，其在虛擬現(xiàn)實(shí)、機(jī)器視覺、多媒體教學(xué)、數(shù)字娛樂、產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)、雕刻與建筑等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。多目立體成像的基本處理過程是在同一時(shí)間用多個(gè)不同位置的攝像頭拍攝同一物體的圖像，在得到的多張圖像中進(jìn)行像素匹配，最后通過諸如三角測(cè)距原理來獲得各像素的深度信息(即，三維坐標(biāo))，由此得到三維立體圖像。
[0003]圖1示例性的說明了三角測(cè)距原理。如圖1所示，兩個(gè)不同位置的攝像頭分別拍攝同一物體的圖像。之后，對(duì)于從一個(gè)攝像頭看到的點(diǎn)(即由該攝像頭拍攝得到的圖像中的像素)，尋找從另一個(gè)攝像頭看到的與之對(duì)應(yīng)的點(diǎn)(即由該另一個(gè)攝像頭拍攝得到的圖像中的匹配像素)。求出上述兩個(gè)點(diǎn)與各自對(duì)應(yīng)的攝像頭的連線的延長線(以下簡稱三維射線)的交點(diǎn)，即可得到待測(cè)的三維點(diǎn)的坐標(biāo)。類似的，當(dāng)采用三個(gè)及以上攝像頭進(jìn)行拍攝時(shí)，對(duì)于從一個(gè)攝像頭看到的點(diǎn)，可以分別尋找從其他各個(gè)攝像頭看到的與之對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，并通過兩兩求出三維射線的交點(diǎn)，得到待測(cè)的三維點(diǎn)的坐標(biāo)。
[0004]多目立體成像中的一個(gè)重要問題是非漫反射現(xiàn)象，也叫高光現(xiàn)象。當(dāng)物體表面存在高光時(shí)，由于高光區(qū)域的物體圖像受物體表面法向、光源和攝像頭位置的影響，因此在像素匹配時(shí)可能出現(xiàn)系統(tǒng)性偏差，從而導(dǎo)致采集到的物體形狀信息出現(xiàn)變形，這一問題在物體表面凸起的位置產(chǎn)生高光的情況下尤為嚴(yán)重。
[0005]圖2示出了由于高光導(dǎo)致采集到的物體形狀信息出現(xiàn)變形現(xiàn)象的示意圖。如圖2所示，假設(shè)對(duì)于攝像頭1拍攝得到的圖像中位于物體凸起處的一個(gè)像素，試圖在攝像頭2和3拍攝得到的圖像中分別找出匹配像素。由于在物體凸起處表面法向快速單調(diào)變化，受高光的影響，在攝像頭2拍攝得到的圖像中找到的匹配像素的位置比實(shí)際正確的位置偏右，而在攝像頭3拍攝得到的圖像中找到的匹配像素的位置比實(shí)際正確的位置更加偏右。而當(dāng)對(duì)于攝像頭2、攝像頭3找到的匹配像素位置偏右的程度恰好合適時(shí)，有可能在三角測(cè)距時(shí)與各攝像頭對(duì)應(yīng)的三維射線剛好交于同一點(diǎn)(三維點(diǎn))，由此導(dǎo)致誤以為找到了一個(gè)重建三維點(diǎn)。然而實(shí)際上，這個(gè)三維點(diǎn)的位置比實(shí)際的凸起位置靠后，從而導(dǎo)致在輸出的重建結(jié)果中，本該凸起的地方出現(xiàn)了一塊凹下去的地方。
[0006]針對(duì)上述高光問題，本領(lǐng)域中已經(jīng)進(jìn)行了一些研究，并提出了依賴硬件改動(dòng)和依賴軟件處理的方法。所述依賴硬件改動(dòng)的方法例如在攝像頭和光源前加偏振片，然而這會(huì)增加系統(tǒng)的硬件復(fù)雜度，同時(shí)降低光源的效率。所述依賴軟件處理的方法例如判斷像素的灰度值是否過亮，但這種方法不夠魯棒，例如無法處理皮膚等產(chǎn)生的高光不是特別亮的情形。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]考慮到上述問題而提出了本公開。
[0008]根據(jù)本公開的一個(gè)方面，提供了一種用于三維重建的圖像的獲取方法，包括:控制在空間上分離設(shè)置的至少兩個(gè)光源中的每個(gè)光源的亮度周期性地變化，其中所述至少兩個(gè)光源中至少有一個(gè)光源的亮度變化的周期與其他光源不同，或者所述至少兩個(gè)光源的亮度變化的周期相同、且其中至少有一個(gè)光源的亮度變化的相位與其他光源不同；以及采用在空間上位置不同的至少三個(gè)攝像頭分別采集用于三維重建的圖像，其中至少有一個(gè)攝像頭進(jìn)行采集的開始曝光時(shí)間與其他攝像頭不同。
[0009]根據(jù)本公開的另一個(gè)方面，提供了一種三維重建方法，包括:控制在空間上分離設(shè)置的至少兩個(gè)光源中的每個(gè)光源的亮度周期性地變化，其中所述至少兩個(gè)光源中至少有一個(gè)光源的亮度變化的周期與其他光源不同，或者所述至少兩個(gè)光源的亮度變化的周期相同、且其中至少有一個(gè)光源的亮度變化的相位與其他光源不同；采用在空間上位置不同的至少三個(gè)攝像頭分別采集用于三維重建的圖像，其中至少有一個(gè)攝像頭進(jìn)行采集的開始曝光時(shí)間與其他攝像頭不同；以任一攝像頭采集到的圖像為基準(zhǔn)圖像，對(duì)于該基準(zhǔn)圖像中的任一像素，利用該任一像素與每一個(gè)其他攝像頭采集到的圖像中與該像素匹配的像素分別確定一個(gè)候選的重建點(diǎn)；如果各個(gè)候選的重建點(diǎn)在預(yù)定范圍內(nèi)，則基于各個(gè)候選的重建點(diǎn)構(gòu)建三維重建點(diǎn)，否則不構(gòu)建所述三維重建點(diǎn)。
[0010]根據(jù)本公開的另一個(gè)方面，提供了一種用于三維重建的圖像的獲取系統(tǒng)，包括:在空間上分離設(shè)置的至少兩個(gè)光源，各光源的亮度周期性地變化；和在空間上位置不同的至少三個(gè)攝像頭，分別采集用于三維重建的圖像。所述至少兩個(gè)光源中至少有一個(gè)光源的亮度變化的周期與其他光源不同，或者所述至少兩個(gè)分離的光源的亮度變化的周期相同、且其中至少有一個(gè)光源的亮度變化的相位與其他光源不同。所述至少三個(gè)攝像頭中至少有一個(gè)攝像頭進(jìn)行采集的開始曝光時(shí)間與其他攝像頭不同。
[0011]根據(jù)本公開的另一個(gè)方面，提供了一種三維重建系統(tǒng)，包括:在空間上分離設(shè)置的至少兩個(gè)光源，各光源的亮度周期性地變化；在空間上位置不同的至少三個(gè)攝像頭，分別采集用于三維重建的圖像；和圖像處理設(shè)備，以所述至少三個(gè)攝像頭中任一攝像頭采集到的圖像為基準(zhǔn)圖像，對(duì)于該基準(zhǔn)圖像中的任一像素，利用該任一像素與每一個(gè)其他攝像頭采集到的圖像中與該像素匹配的像素分別確定一個(gè)候選的重建點(diǎn)，并且如果各個(gè)候選的重建點(diǎn)在預(yù)定范圍內(nèi)，則基于各個(gè)候選的重建點(diǎn)構(gòu)建三維重建點(diǎn)，否則不構(gòu)建所述三維重建點(diǎn)。所述至少兩個(gè)光源中至少有一個(gè)光源的亮度變化的周期與其他光源不同，或者所述至少兩個(gè)光源的亮度變化的周期相同、且其中至少有一個(gè)光源的亮度變化的相位與其他光源不同。所述至少三個(gè)攝像頭中至少有一個(gè)攝像頭進(jìn)行采集的開始曝光時(shí)間與其他攝像頭不同。
[0012]根據(jù)本公開的用于三維重建的圖像的獲取方法和系統(tǒng)、以及三維重建方法和系統(tǒng)，通過控制光源亮度變化和攝像頭的開始曝光時(shí)間，可以有效識(shí)別出圖像中受高光影響的區(qū)域，從而能夠排除高光干擾所致的像素匹配偏差導(dǎo)致的錯(cuò)誤三維點(diǎn)，有效減少三維重建錯(cuò)誤。
【附圖說明】
[0013]通過結(jié)合附圖對(duì)本公開實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)的描述，本公開的上述以及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將變得更加明顯。附圖用來提供對(duì)本公開實(shí)施例的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本公開實(shí)施例一起用于解釋本公開，并不構(gòu)成對(duì)本公開的限制。在附圖中，相同的參考標(biāo)號(hào)通常代表相同部件或步驟。
[0014]圖1示例性的說明了三角測(cè)距原理。
[0015]圖2示出了由于高光導(dǎo)致采集到的物體形狀信息出現(xiàn)變形現(xiàn)象的示意圖。
[0016]圖3例示了根據(jù)本公開實(shí)施例的用于三維重建的圖像的獲取方法的流程圖。
[0017]圖4示出了根據(jù)本公開實(shí)施例的用于三維重建的圖像的獲取方法的一個(gè)具體示例。
[0018]圖5例示了根據(jù)本公開實(shí)施例的三維重建方法的流程圖。
[0019]圖6示出了根據(jù)本公開實(shí)施例的用于三維重建的圖像的獲取系統(tǒng)的示意性框圖。
[0020]圖7示出了根據(jù)本公開實(shí)施例的三維重建系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為了使得本公開的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更為明顯，下面將參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)本公開的示例實(shí)施例。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本公開的一部分