一種三維圖像信息采集裝置及其圖像重建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及三維攝像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三維圖像信息采集裝置及一種應(yīng)用 該三維圖像信息采集裝置的圖像重建方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著各種支持3D輸出和顯示的終端產(chǎn)品的出現(xiàn)，對(duì)于3D內(nèi)容的需求急劇增加，以 三維人臉信息采集為例，獲得人臉3D模型后，可進(jìn)行虛擬動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)、虛擬化妝、整容設(shè)計(jì)等 諸多用途。而現(xiàn)有的3D人臉數(shù)據(jù)采集方式主要以3D掃描，如激光掃描，結(jié)構(gòu)光掃描技術(shù)為 主，相關(guān)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，雖然能夠得到精確的三維信息，但其硬件成本和操作方法是普 通用戶難以承受和不易掌握的，因此需要一種低成本的、快速的、易用的3D人臉采集裝置。
[0003] 為此，人們提出了一種基于光度學(xué)的精確三維重建方法，光度學(xué)是3D視覺(jué)中的一 種技術(shù)手段，其基本原理是通過(guò)不同方向的光源照射，通過(guò)相機(jī)拍攝，分析不同照射角度下 物體的明暗信息變化恢復(fù)出表面的三維法向信息，進(jìn)而得到表面三維形狀，現(xiàn)有的光度學(xué) 3D重建方法均采用了點(diǎn)光源或者平行光源的假設(shè)，即不考慮光源自身的發(fā)光特性，當(dāng)物體 距離光源較遠(yuǎn)或者光源本身符合平行光或者點(diǎn)光源特性時(shí)，現(xiàn)有方法可取得較好的3D重建 效果，但這對(duì)光源自身要求較高，且為獲得平行光，光源本身需要較大的體積，如采用LED陣 列裝置;其不能實(shí)現(xiàn)近距離的3D圖像重建，裝置整體體積較大，生產(chǎn)成本較高，使用也不方 便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為克服上述缺陷，本發(fā)明的目的即在于提供一種三維圖像信息采集裝置及其圖像 重建方法。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 本發(fā)明是一種三維圖像信息采集裝置及方法，包括:一鏡面，所述鏡面的中設(shè)有第 一區(qū)域，所述第一區(qū)域的中部設(shè)有第一攝像頭，所述鏡面上設(shè)有第一光源，所述第一光源的 數(shù)量為四個(gè)以上，其分布于第一區(qū)域的外邊緣上，且每個(gè)第一光源均為L(zhǎng)ED燈，所述第一攝 像頭用于對(duì)第一光源所發(fā)出的光信號(hào)進(jìn)行采集;所述第一光源與第一攝像頭均與控制單元 相接，所述控制單元用于控制每個(gè)第一光源的在預(yù)定時(shí)間進(jìn)行開(kāi)關(guān)和控制第一攝像頭在對(duì) 應(yīng)的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行工作。
[0007] 進(jìn)一步，所述第一區(qū)域的中部還設(shè)有第二攝像頭，所述第一區(qū)域的外邊緣上還設(shè) 有一個(gè)以上的第二光源，所述第二攝像頭用于對(duì)第二光源所發(fā)出的光信號(hào)進(jìn)行采集。
[0008] 進(jìn)一步，所述第一光源為紅外LED燈，所述第一攝像頭為紅外攝像頭。
[0009] 進(jìn)一步，所述第二光源為白光LED燈，所述第二攝像頭為可見(jiàn)光攝像頭。
[0010] 進(jìn)一步，所述第一區(qū)域?yàn)閳A形，且第一、第二光源均勻的分布在其圓周的外側(cè)上。
[0011] 本發(fā)明一種應(yīng)用如上所述的三維圖像信息采集裝置的圖像重建方法，包括：
[0012] 對(duì)第一攝像頭的固有參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，并對(duì)第一光源的主光軸的方向進(jìn)行估計(jì)，從 而得到第一光源坐標(biāo)；
[0013] 根據(jù)第一光源的固有參數(shù)，建立發(fā)光坐標(biāo)模型；
[0014] 在將待成像物移至鏡面前之后，依次控制每一個(gè)第一光源點(diǎn)亮并在預(yù)定時(shí)長(zhǎng)后熄 滅，并在第一光源點(diǎn)亮?xí)r，第一攝像頭采集經(jīng)過(guò)待成像物反射后的圖像信息，得到與第一光 源數(shù)量相等的圖像信息；
[0015] 將所有圖像信息代入第一光源坐標(biāo)中，得到原始三維圖像數(shù)據(jù)；
[0016] 根據(jù)發(fā)光坐標(biāo)模型，對(duì)原始三維圖像數(shù)據(jù)中相對(duì)應(yīng)位置的數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代重建，得 到重建后三維圖像數(shù)據(jù)。
[0017] 進(jìn)一步，所述依次控制每一個(gè)第一光源點(diǎn)亮并在預(yù)定時(shí)長(zhǎng)后熄滅，并在第一光源 點(diǎn)亮?xí)r，第一攝像頭采集相應(yīng)的圖像信息之后包括：
[0018] 控制所有第二光源一同點(diǎn)亮，并在第二光源點(diǎn)亮?xí)r，第二攝像頭采集經(jīng)過(guò)待成像 物反射后的圖像信息，得到圖像中每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的色彩信息。
[0019] 進(jìn)一步，所述對(duì)原始三維圖像數(shù)據(jù)中相對(duì)應(yīng)位置的數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代重建，得到重建 后三維圖像數(shù)據(jù)之后包括：
[0020] 將圖像中每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的色彩信息添加至重建后三維圖像數(shù)據(jù)中，使其成為最終三 維圖像數(shù)據(jù)。
[0021 ]進(jìn)一步，所述將待成像物移至鏡面前包括：
[0022] 將待成像物移至鏡面前，并使待成像物在鏡面中圖像完全處于鏡面的第一區(qū)域 中。
[0023] 進(jìn)一步，所述根據(jù)發(fā)光坐標(biāo)模型，對(duì)原始三維圖像數(shù)據(jù)中相對(duì)應(yīng)位置的數(shù)據(jù)進(jìn)行 迭代重建，得到重建后三維圖像數(shù)據(jù)包括：
[0024] 獲取原始三維圖像數(shù)據(jù)中每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的入射光方向和強(qiáng)度信息，將發(fā)光坐標(biāo)模型 中每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的入射光方向和強(qiáng)度信息與原始三維圖像數(shù)據(jù)中每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行迭代，得到 重建后三維圖像數(shù)據(jù)。
[0025] 本發(fā)明提出了一種基于光度學(xué)的精確三維圖像信息采集裝置及方法，其不需要采 用體積較大、距離較遠(yuǎn)的平行光源，即可完成精確的3D圖像信息重建，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的 小型化，滿足桌面式3D信息采集的需要。整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、速度快、工作穩(wěn)定、精度高、體積小 巧的顯著優(yōu)勢(shì)，可用于人臉、個(gè)人物品的快速3D數(shù)字化，成本低，能夠?yàn)槠胀ㄏM(fèi)者所接受， 具有廣闊的市場(chǎng)前景。
【附圖說(shuō)明】
[0026]為了易于說(shuō)明，本發(fā)明由下述的較佳實(shí)施例及附圖作詳細(xì)描述。
[0027]圖1為本發(fā)明圖像信息采集裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明中LED發(fā)光模型一一g隨半角變化示意圖；
[0029 ]圖3為本發(fā)明圖像重建方法中的重建方案示意圖；
[0030] 圖4為本發(fā)明圖像重建方法中的工作流程示意圖；
[0031] 圖5為本發(fā)明圖像重建方法中的重建所得坐標(biāo)與實(shí)際坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用 于限定本發(fā)明。
[0033] 請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明是一種三維圖像信息采集裝置，包括：
[0034] 一鏡面1，所述鏡面1的中設(shè)有第一區(qū)域2,所述第一區(qū)域2的中部設(shè)有第一攝像頭， 所述鏡面1上設(shè)有第一光源3,所述第一光源3的數(shù)量為四個(gè)以上，其分布于第一區(qū)域2的外 邊緣上，且每個(gè)第一光源3均為L(zhǎng)ED燈，所述第一攝像頭用于對(duì)第一光源3所發(fā)出的光信號(hào)進(jìn) 行采集;所述第一光源3與第一攝像頭5均與控制單元相接，所述控制單元用于控制每個(gè)第 一光源3的在預(yù)定時(shí)間進(jìn)行開(kāi)關(guān)和控制第一攝像頭5在對(duì)應(yīng)的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行工作。
[0035] 進(jìn)一步，所述第一區(qū)域2的中部還設(shè)有第二攝像頭6,所述第一區(qū)域2的外邊緣上還 設(shè)有一個(gè)以上的第二光源4,所述第二攝像頭6用于對(duì)第二光源4所發(fā)出的光信號(hào)進(jìn)行采集。
[0036] 進(jìn)一步，所述第一光源3為紅外LED燈，所述第一攝像頭5為紅外攝像頭。除了紅外 LED燈外，第一光源3還可以采用近紫外光源，紅光，綠光，藍(lán)光，白光等光源，本發(fā)明優(yōu)先采 用紅外LED燈是因?yàn)槠淇商岣哒麄€(gè)系統(tǒng)對(duì)于環(huán)境光線干擾的穩(wěn)定性，并且可避免可見(jiàn)閃光 對(duì)人眼的刺激，利于人臉成像。
[0037]進(jìn)一步，所述第二光源4為白光LED燈，所述第二攝像頭6為可見(jiàn)光攝像頭。第二光 源4用于彩色信息的拍攝補(bǔ)光，如果環(huán)境光線充分，可選擇不打開(kāi)，而直接以環(huán)境光線拍攝。
[0038] 進(jìn)一步，所述第一區(qū)域2為圓形，且第一、第二光源3、4均勻