[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

技術領域

本發明涉及多相機多光照系統，是一種基于相機光源陣列模式的真實感材質測量裝置及方法。

背景技術

渲染技術是動漫電影制作的主要技術。當前的渲染技術主要有兩種發展方向，一種是追求真實的照片級圖像質量的渲染；一種是追求特殊藝術效果的非真實渲染(Non-Photorealistic Rendering,NPR)。真實感渲染是目前大多三維作品追求的效果，研究要點主要集中在真實性。隨著技術的發展，真實感渲染越來越傾向于測量真實感材質來提高渲染質量。

真實感材質的測量通過材質采集系統捕獲真實世界的各種材質的信息，將這些信息存儲到雙向紋理函數(Bidirectional Texture Function,BTF)函數中，建設基于測量的BTF材質庫。使用獲得的BTF函數通過渲染引擎對三維模型進行渲染，使其能逼真地模擬現實世界的物體和場景。

目前存在很多種真實感材質測量系統。波恩大學的Dome II系統是一種自動化，平行化，魯棒性強，快速且可移植的獲得BTF的系統，該材質采集系統通過照相機和燈光陣既可以進行平面材質采集也可以采集三維立體物體的材質，可靠性強，精確度高，在速度，質量和合理的開銷之間達到了平衡。設備整體造型為半徑2米的半球狀，半球內部在徑向方向上每隔7.5度放置一個照相機，共11個相機，照相機旁放置4個投影儀，半球架上平行掛置188個LED燈，半球中心位置放置旋轉臺，用以放置采樣物體，旋轉臺每次轉動15度。半球圓頂的設計使得半球壁上放置的相機高度平行，使用這套設備，獲得的BTF沒有任何移動的部分。所有相機同時拍照，平行地捕獲所有視角方向物體表面的反射情況，不犧牲空間分辨率。同時，旋轉臺載著物體每次轉動15度，使相機能夠全方位地捕捉材質的信息。由于這種系統裝置復雜，使用的相機數目和LED燈數量大，整個系統的造價比較高，只適于部分資金充裕的大型研究所研究使用。

Gonioreflectometers真實感材質測量系統主要包括支架、相機、光源以及旋轉工作臺。支架包括兩個獨立控制的機械臂，要求精度為±0.03°。其中一個機械臂有一個旋轉軸，繞z軸旋轉，配合繞y軸旋轉的采樣臺，實現半球面2自由度控制；另一個機械臂為兩個旋轉軸，繞z,x軸旋轉，實現半球面2自由度控制。在實際實現中，可以選擇2自由度機械臂控制光源或相機。光源要求穩定輸出，近似平行光，目前普遍使用LED光源。一種方法是由若干個(10個)LED組成一個大光源，光源亮度可控。這種系統裝置比較簡易，造價低，但是由于相機機械臂的轉動，會造成成像的不穩定，影響最終生成的BTF數據的準確度。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種基于相機光源陣列模式的真實感材質測量裝置及方法，該裝置通過多角度光照、多角度拍攝圖像來構建演算目標物的各種光照特性；固定的相機機械臂使成像穩定，旋轉的燈光機械臂大大減少了LED燈的數量，性價比較高。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種基于相機光源陣列模式的真實感材質測量裝置，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。

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。

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。

所述相機固定臂間隔7.5度俯仰角預置相機固定位，為保證精度，拍攝中應在一側俯仰角15度，30度，45度，60度，75度，90度放置相機，其他位置可擴展。

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。

所述光源旋轉臂能夠繞工作臺豎直軸旋轉180度，旋轉精度為0.05度。