[發明專利]基于相機光源陣列模式的真實感材質測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201510145707.6
• 申請日: 2015-03-30
• 公開（公告）號: CN104751464B
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 徐延寧;孟祥旭;龔斌;陸巧;王璐;岳雙燕;徐安敏
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T5/00;G06T11/00;G06T15/04
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 張勇

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

所述相機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固定臂接口；所述光源旋轉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臂接口；所述光源連接LED光源控制器，光源控制器與計算機連接，通過計算機測量系統指令控制每個光源的開關；所述相機通過GigE接口與計算機連接，通過計算機測量系統指令控制每個相機的拍攝，采集拍攝數據。

2.如權利要求1所述的真實感材質測量裝置，其特征是，所述可旋轉工作臺包括底座和可旋轉臺面，所述底座和可旋轉臺面之間通過連接構件連接，所述連接構件上設有相機固定臂接口和光源旋轉臂接口；所述材質采集平臺固定在可旋轉臺面上，材質采集平臺上固定待測量材質。

3.如權利要求2所述的真實感材質測量裝置，其特征是，所述可旋轉臺面及光源旋轉臂接口與電機相連，電機與控制器連接，控制器與計算機相連，計算機控制電機帶動可旋轉臺面或光源旋轉臂接口旋轉，所述可旋轉臺面和光源旋轉臂接口360度獨立旋轉，轉動誤差均不超過0.05度。

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

5.利用權利要求1-4任一項所述的真實感材質測量裝置進行真實感材質測量的方法，其特征是，包括以下步驟：

步驟1:相機標定，獲取相機的內部參數和外部參數，確定相機的方位；

步驟2:光源標定，確定光源的位置；

步驟3:輻照度標定，計算逆響應函數χ^-1；

步驟4:材質測量與數據采集，利用主控計算機控制光源旋轉臂旋轉、工作臺旋轉、LED光源開啟次序、相機拍攝次序以及采集數據收集；

步驟4的具體步驟為：

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

步驟4.2：通過計算機控制轉動光源旋轉臂到下一個位置，重復步驟4.1拍攝過程，直到光源旋轉臂完成180度旋轉；

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

步驟5:HDR處理，利用步驟3中求得的逆響應函數χ^-1，根據兩幅同角度不同曝光的圖像，生成HDR圖；

步驟6:正投影校正，將拍攝圖像調整為正視投影角度；

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

6.如權利要求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:定義可旋轉工作臺中心為世界坐標系原點，豎直方向為z軸，相機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內參數；最后計算每張圖像拍攝時的相機外參數；

步驟1.3:通過求出的相機內參數，得到相機的畸變系數，計算畸變映射，從而矯正畸變效應，矯正拍攝的圖像；

步驟1.4:利用相機坐標系至世界坐標系的轉化，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比對誤差，其中，相機坐標系的原點為相機光心，X軸和Y軸與成像平面坐標系的x軸和y軸平行，Z軸為相機的光軸，和圖像平面垂直；

步驟1.5:轉動可旋轉工作臺15度，重復步驟1.2-1.4，檢驗工作臺是否水平，相機固定臂是否豎直。