[發明專利]三維成像系統

有效

• 申請號: 201710160446.4
• 申請日: 2010-11-19
• 公開（公告）號: CN107103622B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: M.格哈里布;A.哈佛;J.盧;S.謝
• 申請（專利權）人: 加州理工學院
• 主分類號: G06T7/593
• 分類號: G06T7/593;G06T7/70;H04N13/214;H04N13/25;H04N13/257
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周學斌;劉春元

本發明涉及三維成像系統。可選地，公開了用于執行對象的輪廓測定的硬件和軟件配置。描述了有優勢的成像裝置。還描述了有優勢的確定成像儀位置的方法。所描述的每一個方面都可以不依賴于其他方面來被使用。而且，該教導可以在包括速度測量等的其他領域中得到應用。

本申請為分案申請，其母案的發明名稱為“三維成像系統”，申請日為2010年11月19日，申請號為201080068903.3。

背景技術

多項專利，其中每一項都包括Gharib作為發明者并被轉讓給加州理工學院（California Institute of Technology），覆蓋了用于執行采用與單成像儀鏡頭以及一個或多個相機/成像儀相結合的多孔徑散焦的輪廓測定（profilometry）的有用硬件配置。這些專利包括編號為6,278,847、7,006,132、7,612,869和7,612,870的美國專利，所有這些專利都由于此的受讓人所許可，并且通過引用在其整體上結合到本文中。參考這些專利可以理解散焦原理，其中二維掃描數據被用于生成三維坐標信息。本文描述了用于應用這些散焦原理的進一步改進的硬件。

不管這種硬件改進，對于聚集通過散焦所確定的三維信息以便映射對象的表面，靈敏的位置信息是必需的。該位置信息—通常被稱為相機“姿態”—可以通過不同方式所獲得。對于Zhang（轉讓給3M）的編號為7,605,817的美國專利描述一種方法，以及對于Gharib（轉讓給加州理工學院）的編號為2009/0295908的美國專利描述另一種。兩種方法都無法提供本文所描述的姿態技術的優點。

發明內容

因此，可選地，公開了用于執行對象的輪廓測定的硬件和軟件配置。描述了有優勢的成像裝置（即，成像儀、相機或掃描儀）。同樣描述了有優勢的用以確定成像儀位置的方法。雖然最好一起使用，但所述的每一個方面都可以不依賴于其他方面而被使用。而且，該教導可以在包括速度測量等的其他領域中得到應用。

三維信息可以通過使用手持成像儀/相機/掃描儀來獲得。有時，要掃描的主體大于掃描儀的視場，和/或將該主體從不同的有利位置進行掃描。為捕獲這種信息，掃描儀裝置的姿態在不同的時刻改變。然后，可以與跨越任意數量的圖像場景，在空間相關的基礎上確定相機姿態相結合來準備組合或聚集的圖像場景。在給定相機姿態確定的保真度的情況下，其在下文中稱為相機的“真實姿態”。

用于通過比較場景來確定相機位置操作的這種實現是潛在可匹配的，對于該場景，指示場景的信息已經被確定。（其中匹配可以通過各種技術執行，包括互相關、最小均方、超分辨率PIV或下文進一步詳細闡述的包括扭曲/反扭曲的方法）。最終或實際（即，出于組合用于系統輸出的數據集的目的）的相機位置的真實姿態的確定在圖像捕獲后的后處理設定中執行。

基于在圖像捕獲過程中（即，如以“實時”）執行的粗略精確的相機位置確定（即“粗略姿態”），場景被指示為潛在可匹配的。執行以“實時”進行的處理和其他行動，使得用戶無法識別系統性能中的滯后。當可能時，通過匹配（如上述）基于數據集的給定暫定姿態信息來生成粗略姿態。

要在確定粗略姿態（并不再依賴）方面使用的初始相機位置信息（即，“暫定姿態”）可以以多種方式被生成。一般地，采用穩健的過程來找到暫定姿態。一種方法是使用將得自于一幀的可易識別特征的簡化數據集與來自后繼幀的可易識別特征的簡化數據集進行比較的標準技術。例如，參見在?0010處的美國專利公開2008/0201101（描述申請優先權日之前的本領域技術現狀）。然而，通過將當前幀中的這種特征與從先前（例如，20至100）幀累積或聚集的那些特征進行比較，這樣的方法可以被改變和增強。

在任何情況下，暫定姿態本身不以任何方式被使用于所述的方法中以用于組合主體數據以產生掃描儀輸出。對于按需要提供用于牙冠產生和/或其他高精度輪廓測定應用的可運用圖像文件輸出，其分辨率遠達不到本系統的要求。然而，在某些情況下，暫定姿態數據在通過空間/全局匹配執行真實姿態確定方面可以替代粗略姿態數據。