專利名稱：一種物體表面重建的系統和方法
技術領域：
本發明涉及三維立體圖像重建技術，更具體地說，涉及一種物體表面重建的系統和方法。
背景技術：
點云數據是利用三維掃描設備對物體表面進行直接采樣而得到的點，這些點是三維模型表面最初的，也是最直接的表示。通過分析點云數據，可以對模型的幾何表面進行 重建。物體點云獲取的方法很多，常見的方法有利用結構光圖像信息來獲取點云數據，也有采用雙目可見光圖像信息來獲取數據。現有基于散斑的方法投影出來的散斑結構光進行三維重建的方法，其散斑圖案在其圖案生成器中固定沒有變化，由于散斑的特點，對圖像傳感器的設備要求較高，且設備的靈活性較差。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于，針對現有基于散斑的方法投影出來的散斑結構光固定不變從而對圖像傳感器的設備要求較高且設備的靈活性較差的缺陷，提供一種可以根據需要控制鏡面反射裝置，從而生成適于測量對象的結構光圖案，并同步控制圖像傳感器對所需的區域進行掃描的物體表面重建的系統和方法。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是構造一種物體表面重建的系統，其特征在于，包括照明組件，包括光源和鏡面反射裝置，所述鏡面反射裝置用于通過調整鏡面姿態，將所述光源發出的光線反射到目標區域形成線陣狀的結構光圖案；圖像傳感器，用于逐步曝光以拍攝所述目標區域內至少部分區域的線陣狀圖案的投影圖像；控制器，用于控制所述圖像傳感器的曝光區域與所述鏡面反射裝置反射的結構光的投影區域同步；數據處理單元，與所述圖像傳感器連接，實時接收所述結構光圖案的投影圖像，并獲取所述投影圖像和預先拍攝的基準圖像中的結構光圖案位移值，計算出所述目標區域內物體的三維點云數據。優選地，所述光源采用點光源時，所述鏡面反射裝置采用二維振鏡；所述光源采用線光源時，所述鏡面反射裝置采用一維振鏡。優選地，所述一維振鏡或二維振鏡采用MEMS振鏡。優選地，所述數據處理單元首先分別計算出所述投影圖像和所述基準圖像線陣中每條線條的坐標數組；然后，利用線條坐標數組計算線條的位移量；最后，通過以下公式計算結構光圖案位移值為AXn的目標點的距離z ；
權利要求
1.一種物體表面重建的系統,其特征在于,包括 照明組件，包括光源和鏡面反射裝置，所述鏡面反射裝置用于通過調整鏡面姿態，將所述光源發出的光線反射到目標區域形成線陣狀的結構光圖案； 圖像傳感器，用于逐步曝光以拍攝所述目標區域內至少部分區域的線陣狀圖案的投影圖像； 控制器，用于控制所述圖像傳感器的曝光區域與所述鏡面反射裝置反射的結構光的投影區域同步； 數據處理單元，與所述圖像傳感器連接，實時接收所述結構光圖案的投影圖像，并獲取所述投影圖像和預先拍攝的基準圖像中的結構光圖案位移值，計算出所述目標區域內物體的三維點云數據。
2.根據權利要求I所述的物體表面重建的系統，其特征在于，所述光源采用點光源時，所述鏡面反射裝置采用二維振鏡；所述光源采用線光源時，所述鏡面反射裝置采用一維振鏡。
3.根據權利要求2所述的物體表面重建的系統，其特征在于，所述一維振鏡或二維振鏡采用MEMS振鏡。
4.根據權利要求2所述的物體表面重建的系統，其特征在于，所述數據處理單元首先分 別計算出所述投影圖像和所述基準圖像線陣中每條線條的坐標數組；然后，利用線條坐標數組計算線條的位移量；最后，通過以下公式計算結構光圖案位移值為AXn的目標點的距離z ; L "X/一 —ΔΧ + Ζ’ 其中，B為圖像傳感器與振鏡裝置的中心的距離，f為所述圖像傳感器的設備鏡頭焦距，L為選取的基準圖像所在的標準平面的距離。
5.根據權利要求4所述的物體表面重建的系統，其特征在于，所述數據處理單元在結構光線條寬度方向，計算最大灰度值像素的重心坐標為線條坐標；或者所述數據處理單元在結構光線條寬度方向，直接計算線寬的中心坐標作為線條的坐標。
6.一種物體表面重建的方法，其特征在于，包括以下步驟 51、通過控制鏡面反射裝置，將光源發出的光線反射到目標區域并形成線陣狀的結構光圖案； 52、利用圖像傳感器逐步曝光以拍攝所述目標區域內至少部分區域的結構光圖案的投影圖像，且控制所述圖像傳感器的曝光區域與所述鏡面反射裝置反射的結構光的投影區域同步； 53、實時接收所述結構光圖案的投影圖像，并獲取所述投影圖像和預先拍攝的基準圖像中的位移值，計算出所述目標區域內物體的三維點云數據。
7.根據權利要求6所述的物體表面重建的方法，其特征在于，所述步驟SI中所述光源采用點光源時，所述鏡面反射裝置采用二維振鏡；所述光源采用線光源時，所述鏡面反射裝置采用一維振鏡。
8.根據權利要求7所述的物體表面重建的方法，其特征在于，所述步驟SI中所采用的一維振鏡或二維振鏡為MEMS振鏡。
9.根據權利要求6所述的物體表面重建的方法，其特征在于， 其中，所述步驟S3進一步包括 531、分別計算出所述投影圖像和所述基準圖像線陣中每條線條的坐標數組； 532、利用線條坐標數組計算線條的位移量； 533、通過以下公式計算結構光圖案位移值為△Xn的目標點的距離z；
10.根據權利要求9所述的物體表面重建的方法，其特征在于，所述步驟S31包括 在結構光線條寬度方向，計算最大灰度值像素的重心坐標為線條坐標；或者 在結構光線條寬度方向，直接計算線寬的中心坐標作為線條坐標。
全文摘要
本發明涉及一種物體表面重建的系統和方法，所述系統包括照明組件，包括光源和鏡面反射裝置，用于在目標區域形成線陣狀的結構光圖案；圖像傳感器，用于逐步曝光以拍攝目標區域內至少部分區域的結構光圖案的投影圖像；控制器，用于控制圖像傳感器的曝光區域與鏡面反射裝置反射的結構光的投影區域同步；以及數據處理單元，實時接收并獲取所述投影圖像和預先拍攝的基準圖像中的結構光圖案位移值，計算出目標區域內物體的三維點云數據。本發明根據需要在目標區域內投射出預設的結構光圖案，并控制圖像傳感器同步曝光來拍攝目標區域內至少部分區域的投影圖像，與基準圖像比較計算出目標區域內物體的三維深度數據，從而獲取運動物體的實時運動數據。
文檔編號G02B26/08GK102831642SQ20121033222
公開日2012年12月19日 申請日期2011年1月27日 優先權日2011年1月27日
發明者師丹瑋 申請人:深圳泰山在線科技有限公司