[發(fā)明專利]一種三維人像攝影系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610083493.5
• 申請日: 2006-06-01
• 公開（公告）號: CN101082765A
• 公開（公告）日: 2007-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高宏;辛建波;曹向東;楊福明
• 申請（專利權(quán)）人: 高宏;北京華天創(chuàng)新信息科技有限責(zé)任公司
• 主分類號: G03B35/08
• 分類號: G03B35/08;G03B29/00;G06T17/00;B44B1/02
• 代理公司: 北京爾海知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所
• 代理人: 姜麗樓

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種攝影系統(tǒng)，特別是一種利用普通照相機和計算機軟件，實現(xiàn)三維人像攝影和輸出的系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

在現(xiàn)實生活中，物體都是以三維幾何實體的形式存在。傳統(tǒng)的二維平面照片通過明暗對比和透視關(guān)系來造成視覺上的空間立體感，無法產(chǎn)生引人入勝的自然立體觀感。而三維影像的空間造型與原型接近，不僅具有高度、寬度、深度三維空間幾何形體特征，而且具有真實逼真的表面紋理信息，一改平面照片所無法給出的真實感，可給人以親切、逼真的感覺。觀察者可從空間任意角度全方位觀看三維影像，獲得與自然觀感相同的立體視覺效果，產(chǎn)生前所未有的新奇、新鮮視覺感受，從而帶來美的享受。

19世紀(jì)末已經(jīng)有人探索立體照像的技術(shù)問題，最著名的實驗是英國人懷特斯通完成的。懷特斯通用2臺照相機模擬左、右眼晴分別拍攝2幅照片，然后用2個互相分隔的目鏡，由左、右眼觀察這2幅照片，于是在大腦中重新合成了立體圖像。這種利用雙眼視差形成立體視覺的方法，后來又被改進為“紅綠濾色法立體照相”、“偏振濾光法立體照相”和“柱面鏡(光柵片)立體照相”等方法。

利用雙眼視差形成立體視覺的方法需要專用的立體照相機拍攝兩幅符合雙眼視差的照片，而且要借助于專門的觀察裝置(雙目立體觀察鏡、紅綠濾光眼睛、偏振濾光眼鏡、柱狀透鏡陣列)，在特定方向才能形成立體視覺，無法從360°空間任意角度全方位觀看。因此自上世紀(jì)初以來，人們的主要精力用于發(fā)展和完善黑白、彩色和數(shù)碼照像技術(shù)，并建立了相應(yīng)的工業(yè)體系，而立體攝影技術(shù)只是在小規(guī)模、小范圍內(nèi)進行，如60年代出現(xiàn)的立體電影。

利用雙眼視差形成立體視覺的方法實質(zhì)上是模擬人的雙眼視差作用的一種仿生學(xué)技術(shù)，只能在一個特定的方向形成立體視覺，無法獲取定量的三維坐標(biāo)值，不能輸入計算機進行其它處理。

自20世紀(jì)70年代以來，逆向工程、質(zhì)量檢測、機器視覺、影視動畫、3D游戲、虛擬現(xiàn)實、人機交互、生物醫(yī)學(xué)、整形醫(yī)療、服裝設(shè)計、人體測量、文物復(fù)制、藝術(shù)雕塑等行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域紛紛提出了快速獲取物體三維幾何模型的要求，使物體三維輪廓非接觸測量成為光學(xué)測量領(lǐng)域的研究熱點，出現(xiàn)了眾多的三維輪廓測量儀和三維照相機。三維輪廓測量儀只獲取被測物的三維幾何模型，三維照相機可獲取被測物的三維幾何模型和表面紋理貼圖，可生成具有真實感的三維模型。

在三維人像攝影領(lǐng)域，三維照相機主要基于兩種方法：激光掃描法和結(jié)構(gòu)光投影測量法。

1、激光掃描法：

激光掃描法以純粹的三角測量原理為基礎(chǔ)，利用激光逐點掃描物體表面，通過出射點、投影點和成像點三者之間的幾何成像關(guān)系確定物體各點的三維空間幾何坐標(biāo)。激光掃描儀的價格十分昂貴，非一般用戶所能承受。柯尼卡美能達(dá)VIVID系列三維激光掃描儀，售價在10～20萬美元之間，目前只應(yīng)用于逆向工程、三維動畫、文物復(fù)制、虛擬現(xiàn)實、整形醫(yī)療等專業(yè)領(lǐng)域。

2、結(jié)構(gòu)光投影法：

結(jié)構(gòu)光投影法是目前最常用的三維形狀測量方法。基本思想是利用照明光源中的幾何信息來幫助提取被測物的三維幾何信息，將帶有編碼信息的光束投影到物體表面，受物體表面高度的調(diào)制，結(jié)構(gòu)光場的相位和振幅均發(fā)生變化，使二維結(jié)構(gòu)光圖發(fā)生變形。測量二維結(jié)構(gòu)光圖形發(fā)生的變化，就可計算出被測物三維幾何輪廓信息。如將正弦光柵圖投射到被測物體表面上，若被測表面是平面，則得到一組相互平行的直條紋。若被測表面是曲面，則得到一組被物體三維表面調(diào)制后的曲線條紋。通過成像系統(tǒng)獲取變形條紋圖像，利用相移技術(shù)可精確測定物體三維面型。

結(jié)構(gòu)光投影法具有原理簡單、測量精度高、速度快等優(yōu)點。如德國Breuckmann公司的工業(yè)級高精度optoTOP-HE三維數(shù)字化系統(tǒng)在50mm的測量范圍內(nèi)達(dá)到0.03mm的X、Y橫向分辨率和0.005mm的縱向分辨率，測量時間不到1秒。針對三維攝影市場，Breuckmann公司推出了Face?SCAN三維照相機，加拿大的Inspeck公司推出了3D?Capture?II三維照相機，美國的Genex?Technologies公司推出了3D?FaceCam三維照相機，英國的Wicks&Wilson公司推出了TriForm三維照相機，我國的深圳泛友公司推出了3D?Flash?DV三維照相機，杭州先臨公司推出了YS-FS500M1三維照相機。深圳泛友公司的3D?Flash?DV三維照相機可參看中國發(fā)明專利第99816634.0號。