[發(fā)明專利]三維模型獲取的方法和系統

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680055907.1
• 申請日: 2006-09-21
• 公開（公告）號: CN101512599A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發(fā)明（設計）人: 張冬青;艾澤特·H·艾澤特;邁克·A·德倫伯格
• 申請（專利權）人: 湯姆森特許公司
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 史新宏

技術領域

本發(fā)明通常涉及數字圖形，更具體地，涉及用于獲取圖像的三維模型的 系統和方法。

背景技術

三維(3D)模型獲取，也稱為3D幾何圖形(geometry)恢復、3D外形重建等， 是一個涉及從例如由圖像傳感器拍攝的圖像中恢復物體和場景的3D幾何圖 形(通常表示為多項式網格(mesh))的挑戰(zhàn)性的問題。在恢復物體的深度(depth) 信息或三維(3D)幾何圖形方面已經開展了重要的工作。一種技術屬于稱作結 構光(structured?light)方法的途徑類別，其通過將特殊設計的光發(fā)射圖樣(light pattern)投影到物體的表面并且通過分析被投影圖案的變形來估計深度(即，該 表面上的點到攝錄機之間的距離)，恢復物體的3D幾何圖形。

在用于3D幾何圖形恢復的許多技術當中，結構光途徑精度高并且能夠 實時實施，使得它們在現實世界應用中非常有前途。然而，當前的結構光途 徑具有某些限制阻礙了它們應用到現實世界情形。例如，為了實現精確的獲 取，這些技術需要將高功率光和高對比度圖案投影到物體表面。這對于諸如 電影場景中的演員的人類主體來說通常是不能接受的。

另外，當前的結構光技術通常需要做如下假設：物體表面幾乎不存在或 者沒有紋理(texture)。物體紋理的存在將影響結構光發(fā)射圖樣的表面形貌 (appearance)。因此，紋理可能嚴重地降低精度。更甚者，當被捕捉的圖像/ 視頻也用于內容生成時，例如制作電影，圖像和視頻中的結構光的存在通常 是不需要的。

可以將各種3D獲取技術分為積極途徑和消極途徑。消極途徑從在常規(guī) 照明(lighting)條件下拍攝的圖像或視頻中獲取3D幾何圖形。使用從圖像和視 頻中提取的幾何或者光度(photometric)特征來計算3D幾何圖形。最常使用的 兩種途徑是立體算法(stereo?algorithm)技術和光度技術。立體算法技術基于由 具有不同視角的兩個攝錄機拍攝的立體圖像對(stereo?image?pair)的差異 (disparity)來估計深度(depth)。通過比較該立體圖像對中的像素并且計算坐標 差來估計差異。光度技術基于由表面定向(orientation)所造成的陰影效果來估 計曲面法線(normal)。對于現實世界的圖像，這兩種方法都不準確并且需要較 高的計算成本。立體算法無法估計平坦區(qū)域(沒有紋理的區(qū)域)上的像素的深 度。光度技術需要能夠演繹地得知物體表面的材料(即，BRDF，雙向反射分 布函數)。

相反，積極途徑能夠實現高精度和實時速度。例如，激光掃描是一種包 括將激光投影到表面并且基于時間飛行(time-of-flight)原理或者光發(fā)射圖樣的 變形來估計深度的技術。然而，激光掃描途徑非常受限制。

現有技術中推崇另一種被稱作結構光的技術。結構光技術將可見或不可 見(紅外)圖案投影到物體的表面，并且根據該圖案的變形來估計深度。結構光 途徑在計算機視覺界已經得到廣泛地研究。該技術發(fā)展水平包括復合 (composit)結構光，其使用多個條紋而不是單個條紋并且還使用彩色(color)結 構光，并且利用顏色來區(qū)分并識別所述條紋。然而，為了實現高精度的深度 估計，這些途徑需要高強度的結構光和/或平滑的表面，從而表面紋理將不會 干擾結構光發(fā)射圖樣。如此，使用當前可用的技術來恢復現實世界物體的3D 幾何圖形是冒進并且不準確的。

發(fā)明內容

本發(fā)明的概念通過提供一種用于高精度和實時速度地獲取現實世界物體 的三維幾何信息的方法和系統，解決了現有技術的缺陷。

在本發(fā)明的一個實施例中，一種用于獲取圖像的幾何信息的方法包括： 以人眼不可覺察的調制速率照射具有結構圖案的物體；以獲取差分圖像對使 得圖像對中的第一圖像被照射并且圖像對中的第二圖像未被照射的速率，捕 捉所述物體的圖像；和比較該差分圖像對，以便確定所述物體的幾何信息。 該方法可以進一步包括進行幀選擇處理，以便恢復未被照射的圖像序列，以 再現和顯示場景。