[发明专利]基于单个图像传感器及在可见光谱中的结构光图案撷取图像及相关三维模型的方法及装置

说明书

本发明涉及基于单个图像传感器及在可见光谱中的结构光图案撷取图像及相关三维模型的方法及装置。本发明揭示撷取非结构光图像及结构光图像以导出深度信息的方法及装置。依据该方法，在调节该结构光源以生成在初始强度级的初始结构光的情况下，通过投射在可见光谱中的结构光图案来撷取在公共图像平面上所形成的不具有结构光的一个或多个非SL(non‑structured light；非结构光)图像以及一个或多个初始SL(结构光)图像。基于该非SL图像及该初始SL图像评估自一个或多个对象反射的结构光图案的信号质量。若结构光图案的该信号质量低于阈值，则通过自先前级增加该结构光级来撷取下一组SL图像，直至该结构光图案的该信号令人满意。

相关申请的交叉参考

本发明与2015年10月16日提交的序列号为14/884,788的美国 专利申请相关。该美国专利申请整体通过参考包括于此。

技术领域

本发明涉及通过用结构光图案照明对象来撷取图像及相关三维模 型。尤其，本发明涉及针对在非静态环境中且限制为没有或仅有少量 干扰结构光(structured light；SL)的应用的低成本解决方案。

背景技术

近年来，三维(3D)成像有各种应用，例如虚拟-现实可视化、制 造、机器视觉、手术模型、认证等。可通过使用常规相机以获得纹理 信息以及独立的深度相机(例如飞行时间相机)以获得视场中的场景 中的对象的深度信息，从而撷取三维图像。也可通过使用多个相机来 撷取三维图像，其中，常在平面配置中使用多个相机，以自不同的视 角撷取场景。接着，在多个视图之间建立点对应，以进行三维三角剖 分。

已开发另一种三维成像技术(即结构光技术)，以通过使用单个相 机导出场景中的对象的深度或形状。在结构光(structured light； SL)系统中，常使用一个或多个光源以及投影仪来将一个或多个已知 的几何图案投射于场景中的对象上。可使用常规相机撷取具有或不具 有该投射图案的图像。可使用在具有及不具有该结构光的情况下所撷 取的该图像导出与场景中的该对象关联的形状。接着，将该深度或形 状信息用于常规图像(该常规图像是在不具有结构光的情况下撷取 的)，以创建该对象的三维纹理模型。该结构光技术在本领域中是公知 的。例如，在“structured-light 3D surface imaging:atutorial”(Geng,in Advances in optics and photonics,Vol.3,Issue 2,pp. 128-160，March 31,2011)中，说明了使用各种结构光图案的结构光 技术并比较相应的性能。在另一个例子中，在“3-D Computer Vision Using Structured Light:Design,Calibration andImplementation Issues”(DePiero et al.,Advances in Computers,Volume 43,January 1,1996,pages 243-278)”中说明各种设计、校准及实施问 题。在2013年7月23日公告的序列号为8,493,496的美国专利中， 揭示用于映射对象的方法及装置。依据美国专利8,493,496，以不均匀 图案布置包含多个微透镜的透明装置。光源经配置而以光辐射透射该 透明装置且该微透镜经配置以聚焦该光照射，从而在焦平面形成呈不 均匀图案的相应焦点。图像传感器撷取被投射于该对象上的图案的图 像，以重构该对象的三维映射。该结构光技术的细节在本领域中是公 知的，因此这里不重复该些细节。