[发明专利]一种三维视频摄像系统的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维视频摄像系统的实现方法，属于视频图像通信技术领域。

背景技术

我们所处的是一个三维的世界，但是照相机与摄像机拍摄的却只是二维的图片与视频，丢失了深度信息。只有二维信息这点在很大程度上使机器视觉在生活中的发展与应用受到了很大程度的限制，三维测量的目的是获取物体深度图像的同时获取三维物体的形态与三维世界坐标，以实现对三维世界更加深刻与准确的理解。

近些年来，有许多国内外的研究者研究出很多种三维测量的方法，例如双目立体视觉的方法，这种方法是模拟人眼的成像原理，测量某物体时，通过两个不同角度的二维图像进行组合处理后获得该物体的三维信息。双目立体视觉方法虽然很贴近人眼成像原理，但是确定一个物体三维信息时需要两张图片才可以进行，因此在处理方面效率不高，并且两个模拟人眼的相机的相对位置以及相对于地面的摆放需要有非常严格的控制。

由于结构光空间编码方法只需要通过一张图片就可以通过三角形法则推算出被测物体上的三维信息，该方法具有非常高的分辨率，且运算速度快，并且实现方法基于三角形法则，其易实现性成为我们研究的重点。

基于结构光空间编码方法的三维测量，其核心技术在于空间编码的选择和排列，现在很多期刊与论文中以彩色空间编码为主，其理由在于彩色的RGB通道在（0,0,0）、（0，255,255）或（255,0,255）等这些情况下由于单通道的值不是0就是255，所以容易确定该颜色是哪种颜色，并以此确定该色条所处的位置。但是在实际运用中，光栅所照射的物体并不全是纯白色的，当遇到彩色的物体时，彩色编码打上去就会遇到很大的问题，所以本发明方法采用的是灰度级的黑白光栅，从而避免这种无法识别的情况。

发明内容

本发明的目的是针对彩色编码在照射彩色物体时存在干扰的问题而提供一种基于黑白光栅的三维视频摄像系统的实现方法，该方法主要采用一个摄像机与一个投影仪为主体三维摄像机，通过计算机对视频信息进行实时处理，从而实现三维视频摄像。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种三维视频摄像系统的实现方法，首先通过一个投影仪向物体投射固定的黑白光栅条纹，然后通过标定后的摄影机对被照射的物体进行摄像，再将视频信息通过视频流的形式每一帧地传输到计算机中进行实时地解析并进行3D建模，以实现实时的3D景象。

其具体步骤如下：

步骤1：通过投影机向物体照射固定的黑白光栅条纹，对数字摄像机进行标定；

步骤2：正常标定后获取数字摄像机的有效参数，并将数字摄像机对被照射的物体进行摄像，获取视频信息；

步骤3：对视频信息进行数据处理，将视频信息通过视频流的形式每一帧地传输到计算机中进行实时地解析并进行3D建模，获取动态的3D图像；

步骤4：整合摄取数据合成文件。

本发明的原理是：本发明通过一个Input设备的单次摄影图片或视频即可获取视场内黑白光栅条纹照射到的物体的三维信息，主要运用原理为三角形规则：

其中d为投影机视口与摄像机视口的距离，a为投影机视口所对方向与其视口和摄像机视口连线的夹角的余角，b为摄像机视口所对方向与其视口和投影机视口连线的夹角的余角，l为物体上该点到d的距离，即为物体的深度信息。

除此之外，可根据自身需求改变，将三维摄像机改变为三维照相机功能，通过调用摄像机的API对获取的图片进行处理，并且有需要的情况下可以将三维摄像机围绕某一个物体进行旋转拍摄即可获得该物体的全三维信息，即可在计算机上生成360°有纹理的真实物体样貌。

本发明与现有技术相比，其显著特点是：

1.      采用单个Input设备进行图像摄取，效率更高，数据量较小；

2.      采用单帧图片或多帧视频生成连续型3DCG与3D视频，自由度更大；

3.      采用特定黑白光栅的空间编码方法以消除实物或场景本身带有颜色的干扰，以增强抗干扰能力；

4.      改变传统水平方向三角形法则，改为垂直方向，设备封装更合理。

附图说明

图1是三角形法则。

图2是投影机与数字摄像机垂直封装示意图。

图3是三维摄像系统运作流程图。

图4是照相机的光学模型。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。