[發明專利]用于生成銳化陰影的裝置

有效

• 申請號: 201880063651.1
• 申請日: 2018-10-05
• 公開（公告）號: CN111164375B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 亞倫·伯恩斯坦;杰弗里·萊文;帕特里克·愛德華茲
• 申請（專利權）人: 先進掃描儀公司
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01B11/25;G06T15/60;B64D47/08;G02B6/04;A61B1/05;B29C64/10
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 許春波;王漪

本文公開的各種實施例總體上涉及計算機視覺、圖形、圖像掃描和圖像處理以及相關聯的機械、電氣和電子硬件、計算機軟件和系統以及有線和無線網絡通信以至少形成物體和環境的三維模型或圖像。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2017年10月6日提交的美國臨時專利申請號62/569,353的權益，所述美國臨時專利申請的內容通過引用以其全文結合在此。

關于聯邦資助的研究或開發的聲明

不適用

引用序列列表、表格或者計算機程序列表光盤附錄

不適用

發明背景

1.技術領域

本發明屬于掃描設備的技術領域。更具體地，本發明的優選實施例總體上涉及掃描設備，所述掃描設備生成被掃描物體的三維模型。更具體地，本發明的優選實施例總體上涉及使用陰影投擲器來生成被掃描物體或區域的三維模型的裝置、系統和方法。

2.相關技術說明

計算硬件和軟件的進步促進了在三維空間中傳達物體的形狀的三維模型和數字圖像的生成。常規的計算技術和設備被實施為三維(“3D”)掃描儀，以形成被掃描物體的表面的三維模型。其中，結構化光掃描儀系統通常使用復雜的光圖案和一個或多個相機系統來捕獲表示三維物體的形狀的圖像。盡管傳統的結構化光掃描儀系統是功能化的，但它們并不十分適用于廣泛的應用，因為這些系統通常需要掃描儀成本高昂的材料和資源。例如，此類掃描儀采用激光器和/或液晶顯示器(“LCD”)投射儀，以及需要處理與此類掃描儀相關聯的復雜光圖案和成像技術的其他計算硬件和算法。

至少在一種方法中，已經開發出使用“弱結構化”光的掃描技術來解決結構化光掃描儀系統的限制之一。傳統的基于弱結構化光的掃描儀通常采用簡單的白熾燈和/或桿(例如，鉛筆)來捕獲可以從中得出物體的表面的圖像。這種掃描儀系統的示例在圖1中進行了描繪。簡圖100描繪了簡單的白熾燈泡102和桿114、或用于將陰影施加到平面110上以捕獲物體116的形狀的任何其他圓柱形物體(諸如鉛筆)。燈泡102包括在玻璃殼體內的支撐件之間以距離(“d”)106延伸的燈絲104，所述玻璃殼體可以由透明的非磨砂玻璃形成。燈絲104通常沿相對于桿114的寬度的相對較寬的距離范圍生成光。通常，燈絲104可以定位在不平行于桿114的平面中。相機101可以用于捕獲可以用于計算116的表面的點的圖像。為了捕獲點的圖像，使用桿114在物體116上施加陰影以嘗試確定由相機101捕獲的物體116的表面上的像素的相對深度(例如，在缺少物體116時相對于某個點處的像素的相對深度)。

圖1中的掃描儀具有許多缺點。盡管圖1的掃描儀是功能化的，但是簡圖100的系統可能不太適合于為三維物體建立3D圖像模型。白燈泡102和桿114可以生成陰影120，所述陰影包括給定燈泡102的最弱照明區域121。在距桿114更遠的距離122處，區域121與平面110的被照明部分111之間的邊界變得越來越分散。照明擴散率增加的示例可以被描繪為在距離(“b”)126內從線122向外沿線114增大，所述距離展示了最弱照明區域121與被照明部分111之間的擴散邊界。為了對抗擴散邊界的有害影響，傳統的3D掃描方法依賴于照明閾值以及時間或視頻幀坐標、以及基于暗與亮之間的足夠差異來定義邊界的相關聯算法。擴散邊界可能會降低根據物體116的所捕獲圖像計算出的表面的準確性。同樣，在操作時使用照明閾值可能需要忽略不同顏色、暗影或紋理的發光效果。例如，顏色“黃色”可以具有可以與擴散邊界的影響區分開的較高的光亮度，而顏色“藍色”可以具有可以被檢測為擴散邊界的一部分的相對較低的光亮度。這樣，由于實施了傳統的照明閾值，因此可以忽略物體116的藍色部分117。因此，顏色和其他發光效果通常會導致這種忽略，即導致在常規3D掃描中很明顯的不準確性。在一些方法中，采用算法計算來對像素是否被照亮進行分類。然而，這些已知算法通常限于在明亮度與暗度之間的相對較大的擺動之間進行區分。這樣的閾值化可能需要資源來定制簡圖100的掃描儀并使所述掃描儀適應于特定的掃描應用。