[發(fā)明專利]基于結(jié)構(gòu)光標(biāo)記的三維光場(chǎng)成像系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811037175.4
• 申請(qǐng)日: 2018-09-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108873363A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳慶陽(yáng);陳順治;李奇鋒;陳澤鋒;黃浩濤;盧曉婷;賀威
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳技術(shù)大學(xué)（籌）
• 主分類號(hào): G02B27/22
• 分類號(hào): G02B27/22;H04N13/275;G06T17/00
• 代理公司: 深圳市恒申知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 44312
• 代理人: 袁文英

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于結(jié)構(gòu)光標(biāo)記的三維光場(chǎng)成像系統(tǒng)及方法，用于重建被測(cè)物體的三維模型，解決了現(xiàn)有技術(shù)中三維模型重建精度低的問(wèn)題，包括：投影標(biāo)記模塊，用于對(duì)被測(cè)物體表面投影及相位標(biāo)記；光場(chǎng)記錄模塊，用于在若干視角下記錄光場(chǎng)圖像；光場(chǎng)轉(zhuǎn)換模塊，用于將被測(cè)物體的光場(chǎng)圖像轉(zhuǎn)換為四維光場(chǎng)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)計(jì)算模塊，用于將四維光場(chǎng)中等相位值的數(shù)據(jù)擬合為直線；以及，三維重建模塊，用于根據(jù)直線的斜率及光場(chǎng)深度的對(duì)應(yīng)關(guān)系重建被測(cè)物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)信息，以重建三維模型；通過(guò)對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行投影及相位標(biāo)記，并利用采集到的光場(chǎng)圖像建立四維光場(chǎng)數(shù)據(jù)，最后通過(guò)計(jì)算能夠準(zhǔn)確得出被測(cè)物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，從而提高了三維模型重建精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三維成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于結(jié)構(gòu)光標(biāo)記的三維光場(chǎng)成像系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

隨著科技的發(fā)展，基于光場(chǎng)成像理論的三維重建方法已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于軍事科技、生活?yuàn)蕵?lè)等領(lǐng)域，所以光場(chǎng)理論的三維重建方法成為了當(dāng)今研究的熱門(mén)話題，現(xiàn)有的基于光場(chǎng)理論的三維重建方法主要包括傅里葉層析法和極平面分析法。

其中，傅立葉層析法主要是利用對(duì)四維光場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)不同深度的像點(diǎn)的聚焦位置不一樣，構(gòu)建適當(dāng)?shù)臑V波函數(shù)，得出大量隨著深度變化圖像對(duì)焦區(qū)域變化的層析圖片，然后根據(jù)深度和對(duì)焦點(diǎn)的關(guān)系重建出物體表面三維模型，但是這種方法的重建精度低，重建得到的物體表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)不夠完整。

其次，極平面分析法是根據(jù)極線圖的性質(zhì)，物點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像素在極線圖上呈直線分布，直線的斜率對(duì)應(yīng)物點(diǎn)的深度，所以通過(guò)對(duì)光場(chǎng)的極平面圖像進(jìn)行優(yōu)化處理，約束極平面數(shù)據(jù)中的直線斜率，求取物點(diǎn)的深度值，這種方法相對(duì)于傅立葉層析法，提高了光場(chǎng)成像的重建精度，但是由于直線的斜率的求解是基于灰度值的相似性而定的，對(duì)于同一條直線上的特征點(diǎn)很難確定，導(dǎo)致得到的物體表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)不夠完整，從而使得廣場(chǎng)成像的重建精度依舊有待提高。

基于以上分析，現(xiàn)有的基于光場(chǎng)理論的三維重建方法得到的被測(cè)物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)不夠完整，從而使得對(duì)被測(cè)物體表面的三維模型重建精度低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于結(jié)構(gòu)光標(biāo)記的三維光場(chǎng)成像系統(tǒng)及方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)被測(cè)物體表面的三維模型重建精度低的技術(shù)問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供一種基于結(jié)構(gòu)光標(biāo)記的三維光場(chǎng)成像系統(tǒng)，包括：投影標(biāo)記模塊，用于對(duì)被測(cè)物體表面進(jìn)行投影及相位標(biāo)記，在本實(shí)施例中，投影標(biāo)記模塊具體為投影儀，通過(guò)投影儀對(duì)被測(cè)物體表面進(jìn)行投影及相位標(biāo)記，在其他實(shí)施例中，投影標(biāo)記模塊還可為投影燈等具有投影及相位標(biāo)記的設(shè)備；光場(chǎng)記錄模塊，用于在至少兩個(gè)視角下全方位并重復(fù)記錄帶有相位標(biāo)記的被測(cè)物體的光場(chǎng)圖像；光場(chǎng)轉(zhuǎn)換模塊，用于根據(jù)相位標(biāo)記將被測(cè)物體的光場(chǎng)圖像轉(zhuǎn)換為四維光場(chǎng)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)計(jì)算模塊，用于將所述四維光場(chǎng)中等相位值的數(shù)據(jù)擬合為直線；以及，三維重建模塊，用于根據(jù)所述直線的斜率及光場(chǎng)深度的對(duì)應(yīng)關(guān)系求解被測(cè)物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)信息，以根據(jù)所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)信息重建被測(cè)物體的三維模型。

通過(guò)采用上述技術(shù)方案，投影標(biāo)記模塊能夠?qū)Ρ粶y(cè)物體進(jìn)行投影及相位標(biāo)記，從而使得光場(chǎng)圖像的標(biāo)記來(lái)源準(zhǔn)確；光場(chǎng)記錄模塊能夠在若干視角下記錄帶有相位標(biāo)記的光場(chǎng)圖像，從而全方位地記錄被測(cè)物體表面的光場(chǎng)圖像及相位標(biāo)記，從而能夠使光場(chǎng)圖像在經(jīng)過(guò)光場(chǎng)轉(zhuǎn)換模塊后，將光場(chǎng)圖像的三維光場(chǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為四維光場(chǎng)數(shù)據(jù)，得出全方位的被測(cè)物體的光場(chǎng)圖像數(shù)據(jù)，四維光場(chǎng)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算模塊的轉(zhuǎn)換后，被擬合為直線，三維重建模塊能夠根據(jù)直線的斜率及光場(chǎng)深度的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算出被測(cè)物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)信息，由于三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)信息均來(lái)自于明確的四維光場(chǎng)數(shù)據(jù)，從而使得三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)信息較為準(zhǔn)確，從而提高了三維模型重建精度。

進(jìn)一步地，所述光場(chǎng)轉(zhuǎn)換模塊包括：相位解調(diào)單元，用于解調(diào)被測(cè)物體表面的相位標(biāo)記；相位記錄單元，用于記錄解調(diào)出的所述相位標(biāo)記；以及，相位集合單元，用于將被測(cè)物體的不同視角的相位標(biāo)記集合，以將被測(cè)物體的三維光場(chǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為四維光場(chǎng)數(shù)據(jù)。