目標(biāo)的三維指壓跡和可視化的制作方法
【專利說明】目標(biāo)的三維指壓跡和可視化
[0001]相關(guān)串請(qǐng)的交叉引用
[0002]本專利申請(qǐng)要求下列權(quán)益:在35 U.S.C.§ 119(c)條件下的于2012年10月17日提交的名稱為“Three-Dimens1nal Digital Impress1n and Visualizat1n of ObjectsThrough a Clear Elastomer”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)N0.61/714，762，通過引用方式將其內(nèi)容并入本文中。
[0003]發(fā)明的
技術(shù)領(lǐng)域
[0004]本發(fā)明大體上涉及通過與被測(cè)量目標(biāo)的形狀相符合的透明彈性體來獲取剛性目標(biāo)或可變形目標(biāo)的指壓跡(digital impress1n)以及使其可視化。
【背景技術(shù)】
[0005]名稱為“Tactile Sensor Using Elastomeric Imaging，，、申請(qǐng)日為 2009 年 6 月19日、公開日為2013年4月2日的美國(guó)專利8，411，140(通過引用方式并入此處)公開了一種觸覺傳感器，其包括感光結(jié)構(gòu)、能夠傳遞圖像的大塊彈性體、以及覆蓋所述大塊彈性體的反射膜(在專利中被稱為“皮膚”)。反射膜由一個(gè)或多個(gè)光源通過大塊彈性體來照明，并且具有從該大塊彈性體內(nèi)將入射在反射膜上的光進(jìn)行反射的粒子。響應(yīng)于通過接觸反射膜的實(shí)體來施加的壓力，反射膜在幾何結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了改變，其中，幾何結(jié)構(gòu)變化在膜的曲面法線上引起局部變化，并且在感光結(jié)構(gòu)的方向上、在從反射膜反射的光的量上引起相關(guān)的局部變化。感光結(jié)構(gòu)以圖像形式接收反射光的一部分，其中，圖像表示產(chǎn)生壓力的實(shí)體的一個(gè)或多個(gè)特征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本申請(qǐng)?zhí)峁┝擞糜谕ㄟ^彈性體的目標(biāo)的三維指壓跡和可視化的方法和系統(tǒng)。
[0007]在本發(fā)明一個(gè)方面的條件下，估計(jì)用于成像系統(tǒng)的光學(xué)校正參數(shù)的方法包括提供具有圖像捕捉系統(tǒng)的光學(xué)傳感器系統(tǒng)、照明源和實(shí)質(zhì)上光學(xué)透明彈性體。所述彈性體具有面向所述圖像捕捉系統(tǒng)的第一表面以及背向所述圖像捕捉系統(tǒng)的第二表面。所述圖像捕捉系統(tǒng)具有通過所述彈性體的第二表面的多個(gè)視圖。所述方法還包括將已知表面形貌的目標(biāo)按壓抵靠所述彈性體的第二表面，以使得所述表面形貌的特征通過預(yù)定距離相對(duì)所述彈性體的第二表面來布置并且利用所述圖像捕捉系統(tǒng)通過所述彈性體對(duì)所述目標(biāo)的表面形貌的多個(gè)視圖進(jìn)行成像。所述方法還包括基于所述目標(biāo)的表面形貌的多個(gè)視圖來估計(jì)所述目標(biāo)的至少一部分的三維模型并且基于所述目標(biāo)的已知表面形貌和估計(jì)出的三維模型來估計(jì)光學(xué)校正參數(shù)。所述光學(xué)校正參數(shù)校正所述估計(jì)出的三維模型中的扭曲以更佳地使估計(jì)出的三維模型與已知表面形貌相匹配。
[0008]在本發(fā)明另一方面的條件下，估計(jì)所述光學(xué)校正參數(shù)包括將從所述多個(gè)視圖估計(jì)的三維特征的扭曲的測(cè)量結(jié)果映射到來自已知表面形貌的三維特征的已知測(cè)量結(jié)果。
[0009]在本發(fā)明進(jìn)一步的方面的條件下，所述方法還包括通過使用被定位為距所述圖像捕捉系統(tǒng)已知距離的對(duì)象圖像來建立參考特征并且使用所述參考特征來確定所述預(yù)定距離。
[0010]仍然在本發(fā)明另一方面的條件下，一種對(duì)目標(biāo)的表面形狀和表面形貌中的至少一個(gè)可視化的方法包括提供具有圖像捕捉系統(tǒng)的光學(xué)傳感器系統(tǒng)、照明源和實(shí)質(zhì)上光學(xué)透明彈性體，其中，所述彈性體具有面向所述圖像捕捉系統(tǒng)的第一表面以及背向所述圖像捕捉系統(tǒng)的第二表面。所述圖像捕捉系統(tǒng)具有通過所述彈性體的第二表面的多個(gè)視圖。所述方法還包括將對(duì)齊目標(biāo)提供在所述彈性體的第二表面上，其中所述對(duì)齊目標(biāo)具有表面特征，并且利用所述圖像捕捉系統(tǒng)通過所述彈性體對(duì)所述對(duì)齊目標(biāo)的表面特征的多個(gè)視圖進(jìn)行成像。所述方法還包括估計(jì)轉(zhuǎn)換參數(shù)的集合，所述轉(zhuǎn)換參數(shù)使所述多個(gè)視圖的圖像對(duì)齊。所述方法還包括將待被可視化的目標(biāo)按壓到所述彈性體的第二表面中并且利用所述圖像捕捉系統(tǒng)通過所述彈性體對(duì)所述待被可視化的目標(biāo)的表面形狀和表面形貌中的至少一個(gè)的多個(gè)視圖進(jìn)行成像。所述方法還包括將估計(jì)出的所述轉(zhuǎn)換參數(shù)的集合施加到所述多個(gè)視圖的圖像以創(chuàng)建多個(gè)轉(zhuǎn)換圖像并且將所述轉(zhuǎn)換圖像的至少兩個(gè)顯示為立體圖像對(duì)。
[0011]在本發(fā)明進(jìn)一步的方面的條件下，當(dāng)所述彈性體的第二表面上的對(duì)齊目標(biāo)的表面與所述第二表面接觸時(shí)，所述彈性體的第二表面上的對(duì)齊目標(biāo)的表面是實(shí)質(zhì)上平坦的并且包括對(duì)齊圖像。
【附圖說明】
[0012]專利或申請(qǐng)文件包含以彩色實(shí)施的至少一個(gè)附圖。當(dāng)請(qǐng)求并支付了必要的費(fèi)用時(shí)，具有彩色附圖的這個(gè)專利或?qū)＠暾?qǐng)公開的副本將由專利局來進(jìn)行提供。
[0013]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多視圖、三維成像系統(tǒng)。
[0014]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有光提取特征的邊緣照亮(edge lit)的玻璃板。
[0015]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于將兩個(gè)圖像與參考圖像對(duì)齊的過程的流程圖。
[0016]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于以視頻速率來創(chuàng)建和顯示高質(zhì)量立體圖像對(duì)的過程的流程圖。
[0017]圖5A至圖f5D示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于創(chuàng)建要被可視化為立體照片圖像的高質(zhì)量立體圖像對(duì)的預(yù)處理過程的不同步驟的圖像。
[0018]圖6A和圖6B示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的通過未加載的彈性體來校準(zhǔn)多個(gè)照相機(jī)的裝置。
[0019]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于估計(jì)由于改變彈性體的厚度而引起的扭曲偽像的所需校正的量的裝置。
[0020]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于估計(jì)校準(zhǔn)校正參數(shù)的過程的流程圖。
[0021]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于向圖像施加校準(zhǔn)校正參數(shù)的過程的流程圖。
[0022]圖10示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的三照相機(jī)系統(tǒng)。
[0023]圖11示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的將透明彈性體施加到玻璃板頂部。
【具體實(shí)施方式】
[0024]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種三維(3-D)成像系統(tǒng)，其通過彈性體來捕捉剛性目標(biāo)的或可變形目標(biāo)的多視圖圖像從而在靜態(tài)條件下或動(dòng)態(tài)條件下來可視化及量化二維(2-D)和三維(3-D)中的目標(biāo)的形狀和/或表面形貌。在一種實(shí)施方式中，被捕捉的圖像或圖像流被用于實(shí)立體鏡地可視化及定量地測(cè)量微米尺度、表面(比如皮革、磨料、微復(fù)制表面、光薄膜等)的三維形貌或者可視化及定量地測(cè)量大尺度三維結(jié)構(gòu)(比如足部、手部、牙齒、植入物等)的整體形狀。在至少一個(gè)實(shí)施例中，校準(zhǔn)校正程序被提供以減少由于所施加的彈性體的變化厚度的光學(xué)效應(yīng)而引起的被捕捉圖像和3-D數(shù)據(jù)中的扭曲偽像。
[0025]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多視圖、三維(3-D)成像系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包括照相機(jī)105集合，該照相機(jī)105集合從具有全部或部分重疊視圖的不同方向通過透明彈性體115來觀察被測(cè)量目標(biāo)110。雖然顯示三個(gè)照相機(jī)，但多于三個(gè)和少于三個(gè)照相機(jī)處在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。透明彈性體115足夠的厚以符合被成像目標(biāo)110的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)形狀。在一些實(shí)施例中，彈性體的厚度僅為幾毫米，并且在一些其他實(shí)施例中，彈性體的厚度為數(shù)十毫米，這主要由被測(cè)量的目標(biāo)的整體形狀來確定。由照相機(jī)105產(chǎn)生的測(cè)量信號(hào)可以是由施加的壓力所引起的與目標(biāo)110相接觸的彈性體的紋理的變形。然而，紋理的變形還可以由在彈性體的表面的曲面法線中的變化來進(jìn)行表示。
[0026]可選地，彈性體可以具有反射表面120，其具有不同程度的反射方向性，如在以下進(jìn)行更詳細(xì)的描述那樣。然而，反射表面并不是必需的，因?yàn)橄到y(tǒng)100可以僅基于與彈性體115相接觸的目標(biāo)110的表面外觀來使目標(biāo)成像。例如，如果人的足部被成像，則在足部按壓為與彈性體115接觸之前，可以將短襪穿在足部上。
[0027]在一些實(shí)施例中，玻璃板125被放置在彈性體和照相機(jī)之間。玻璃板125能夠?qū)?