[發(fā)明專利]基于相機(jī)光源陣列模式的真實(shí)感材質(zhì)測量裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510145707.6
• 申請日: 2015-03-30
• 公開（公告）號: CN104751464B
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐延寧;孟祥旭;龔斌;陸巧;王璐;岳雙燕;徐安敏
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T5/00;G06T11/00;G06T15/04
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司37221
• 代理人: 張勇

1.一種基于相機(jī)光源陣列模式的真實(shí)感材質(zhì)測量裝置，其特征是，包括可旋轉(zhuǎn)工作臺，所述可旋轉(zhuǎn)工作臺上固定材質(zhì)采集平臺、半圓弧相機(jī)固定臂和可旋轉(zhuǎn)的半圓弧光源旋轉(zhuǎn)臂；所述相機(jī)固定臂上沿其半圓弧架設(shè)有多臺相機(jī)，提供多角度拍攝，所述光源旋轉(zhuǎn)臂上沿其半圓弧架設(shè)有多個光源，提供多角度光照，相機(jī)和光源的布設(shè)形成陣列模式；

所述相機(jī)固定臂包括半圓弧臂和底部連桿，所述底部連桿連接半圓弧臂的兩端，所述底部連桿固定于相機(jī)固定臂接口；所述光源旋轉(zhuǎn)臂包括半圓弧臂和底部連桿，所述底部連桿連接半圓弧臂的兩端，所述底部連桿固定于光源旋轉(zhuǎn)臂接口；所述光源連接LED光源控制器，光源控制器與計算機(jī)連接，通過計算機(jī)測量系統(tǒng)指令控制每個光源的開關(guān)；所述相機(jī)通過GigE接口與計算機(jī)連接，通過計算機(jī)測量系統(tǒng)指令控制每個相機(jī)的拍攝，采集拍攝數(shù)據(jù)。

2.如權(quán)利要求1所述的真實(shí)感材質(zhì)測量裝置，其特征是，所述可旋轉(zhuǎn)工作臺包括底座和可旋轉(zhuǎn)臺面，所述底座和可旋轉(zhuǎn)臺面之間通過連接構(gòu)件連接，所述連接構(gòu)件上設(shè)有相機(jī)固定臂接口和光源旋轉(zhuǎn)臂接口；所述材質(zhì)采集平臺固定在可旋轉(zhuǎn)臺面上，材質(zhì)采集平臺上固定待測量材質(zhì)。

3.如權(quán)利要求2所述的真實(shí)感材質(zhì)測量裝置，其特征是，所述可旋轉(zhuǎn)臺面及光源旋轉(zhuǎn)臂接口與電機(jī)相連，電機(jī)與控制器連接，控制器與計算機(jī)相連，計算機(jī)控制電機(jī)帶動可旋轉(zhuǎn)臺面或光源旋轉(zhuǎn)臂接口旋轉(zhuǎn)，所述可旋轉(zhuǎn)臺面和光源旋轉(zhuǎn)臂接口360度獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動誤差均不超過0.05度。

4.如權(quán)利要求1所述的真實(shí)感材質(zhì)測量裝置，其特征是，還包括附件，所述附件包括漫反射版、比色版、包含高光材質(zhì)球的校準(zhǔn)版；附件位于可旋轉(zhuǎn)工作臺面上；所述相機(jī)固定臂間隔7.5度俯仰角預(yù)置相機(jī)固定位，所述光源旋轉(zhuǎn)臂間隔7.5度俯仰角預(yù)置光源固定位；所述光源旋轉(zhuǎn)臂能夠繞工作臺豎直軸旋轉(zhuǎn)180度，旋轉(zhuǎn)精度為0.05度。

5.利用權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的真實(shí)感材質(zhì)測量裝置進(jìn)行真實(shí)感材質(zhì)測量的方法，其特征是，包括以下步驟：

步驟1:相機(jī)標(biāo)定，獲取相機(jī)的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)，確定相機(jī)的方位；

步驟2:光源標(biāo)定，確定光源的位置；

步驟3:輻照度標(biāo)定，計算逆響應(yīng)函數(shù)χ^-1；

步驟4:材質(zhì)測量與數(shù)據(jù)采集，利用主控計算機(jī)控制光源旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)、工作臺旋轉(zhuǎn)、LED光源開啟次序、相機(jī)拍攝次序以及采集數(shù)據(jù)收集；

步驟4的具體步驟為：

步驟4.1:利用計算機(jī)控制單獨(dú)開啟每一個LED光源，利用每一臺相機(jī)拍攝兩幅不同曝光的圖像；

步驟4.2：通過計算機(jī)控制轉(zhuǎn)動光源旋轉(zhuǎn)臂到下一個位置，重復(fù)步驟4.1拍攝過程，直到光源旋轉(zhuǎn)臂完成180度旋轉(zhuǎn)；

步驟4.3：通過計算機(jī)控制轉(zhuǎn)動工作臺到下一個位置，重復(fù)步驟4.1及步驟4.2拍攝過程，直到工作臺完成360度旋轉(zhuǎn)；

步驟5:HDR處理，利用步驟3中求得的逆響應(yīng)函數(shù)χ^-1，根據(jù)兩幅同角度不同曝光的圖像，生成HDR圖；

步驟6:正投影校正，將拍攝圖像調(diào)整為正視投影角度；

步驟7:雙向紋理函數(shù)BTF生成，最后的BTF數(shù)據(jù)包括步驟1獲得的相機(jī)的方位，步驟2獲得的光源的位置，以及步驟4采集到的圖像經(jīng)過步驟5與步驟6的處理后獲得的最終圖像。

6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征是，所述步驟1的具體步驟為：

步驟1.1:定義可旋轉(zhuǎn)工作臺中心為世界坐標(biāo)系原點(diǎn)，豎直方向?yàn)閦軸，相機(jī)固定臂的底部連桿為x軸；

步驟1.2:開啟頂部光源，多臺相機(jī)依次拍攝多幅圖像，每張圖像都能夠直接求出投影變換矩陣，利用至少三張光軸不平行的圖像求出相機(jī)內(nèi)參數(shù)；最后計算每張圖像拍攝時的相機(jī)外參數(shù)；

步驟1.3:通過求出的相機(jī)內(nèi)參數(shù)，得到相機(jī)的畸變系數(shù)，計算畸變映射，從而矯正畸變效應(yīng)，矯正拍攝的圖像；

步驟1.4:利用相機(jī)坐標(biāo)系至世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化，將拍攝的棋盤格圖像變換為正投影下的圖像，多幅圖像通過特征點(diǎn)比對誤差，其中，相機(jī)坐標(biāo)系的原點(diǎn)為相機(jī)光心，X軸和Y軸與成像平面坐標(biāo)系的x軸和y軸平行，Z軸為相機(jī)的光軸，和圖像平面垂直；

步驟1.5:轉(zhuǎn)動可旋轉(zhuǎn)工作臺15度，重復(fù)步驟1.2-1.4，檢驗(yàn)工作臺是否水平，相機(jī)固定臂是否豎直。