[发明专利]使用全光相机和结构化照明确定表面的三维轮廓的系统和方法

权利要求书

1.用于确定表面的三维轮廓的系统，所述系统包括：

-全光相机(3)，所述全光相机被配置成获取所述表面(1)的全光图像的序列，每个全光图像由一组像素形成，并且包括所述表面的从不同视角观察的多个子图像，所述一组像素各自与成像的表面元件的光强度相关联，

-照明系统(4)，所述照明系统被配置成将结构化图像的序列投影到所述表面上，所述结构化图像的序列与所述全光图像的序列同步，使得每个成像的表面元件被光强度的系列照射，所述光强度的系列与照射其他成像的表面元件的光强度的系列不同，以及

-处理单元(5)，所述处理单元被配置成对于所述全光图像的每个像素构建强度矢量，所述强度矢量表示与所讨论的像素对应的成像的表面元件的光强度的系列，并且根据像素的强度矢量之间的相似性将子图像的每个像素与另一个子图像的像素匹配。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述照明系统(4)被配置成使得每个结构化图像由一组投影图案形成，所述一组投影图案具有随机光强度分布。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述照明系统(4)包括：

-透射掩模(12)，所述透射掩模由一组图案(15)形成，所述一组图案各自的透射率能够取两个不同的值中的至少一个值，以及

-光源(11)，所述光源被布置成通过穿过所述透射掩模(12)的投影来照射所述表面(1)。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述照明系统(4)还包括移位装置(13)，所述移位装置被配置成使所述透射掩模(12)和/或所述光源(11)相对于所述表面(1)移位，以对所述序列的不同的结构化图像进行投影。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述移位装置包括：

-支撑部，所述支撑部被布置成接纳所述透射掩模，以及

-定位板，所述定位板被布置成使所述支撑部沿着至少一个旋转轴线或至少一个平移轴线移位。

6.根据权利要求4或5所述的系统，其中，所述透射掩模(12)的图案(15)具有沿着第一轴线的第一尺寸和沿着第二轴线的第二尺寸，并且所述移位装置(13)被配置成使所述透射掩模(12)和/或所述光源(11)在两个相继的结构化图像之间以移位步长进行移位，所述移位步长大于或等于所述第一尺寸与所述第二尺寸中的较大尺寸。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的系统，其中，所述透射掩模(12)的每个图案(15)包括液晶，所述照明系统(4)还包括：一组电极，所述一组电极被布置在所述图案的两侧；以及控制单元，所述控制单元被配置成向所述电极供电，以单独地控制每个图案的透射率。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的系统，其中，所述光源(11)是单色的。

9.根据权利要求3至8中任一项所述的系统，其中，所述光源(11)是非相干的。

10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述全光相机(3)包括：

-光传感器(8)，所述光传感器包括一组传感元件(9)，以及

-一组显微透镜(7)，每个显微透镜(10)与光传感器的传感元件(9)的子组相关联，使得传感元件的每个子组能够生成子图像。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述处理单元(5)被配置成：对于与给定的显微透镜(10)相关联的、子图像的每个序列，以及对于所考虑的子图像的每个像素，从与所述给定的显微透镜的相邻的显微透镜相关联的子图像的序列的像素中搜索具有最相似的强度矢量的像素。

12.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述处理单元(5)还被配置成根据与所述成像的表面元件相关联的匹配的像素来确定每个成像的表面元件的深度信息。

13.用于确定表面的三维轮廓的方法，所述方法包括以下步骤：

-获取(31)全光图像的序列，每个全光图像由一组像素形成，并且包括所述表面的从不同视角观察的多个子图像，所述一组像素各自与成像的表面元件的光强度相关联，

-将结构化图像的序列投影(32)到所述表面上，所述结构化图像的序列与所述全光图像的序列同步，使得每个成像的表面元件被光强度的系列照射，所述光强度的系列与照射其他成像的表面元件的光强度的系列不同，

-对于所述全光图像的每个像素构建(33)强度矢量，所述强度矢量表示与所讨论的像素对应的成像的表面元件的光强度的系列，以及

-根据像素的强度矢量之间的相似性来将子图像的每个像素与另一个子图像的像素匹配(34)。