[发明专利]三维模型获取的方法和系统

说明书

技术领域

本发明通常涉及数字图形，更具体地，涉及用于获取图像的三维模型的 系统和方法。

背景技术

三维(3D)模型获取，也称为3D几何图形(geometry)恢复、3D外形重建等， 是一个涉及从例如由图像传感器拍摄的图像中恢复物体和场景的3D几何图 形(通常表示为多项式网格(mesh))的挑战性的问题。在恢复物体的深度(depth) 信息或三维(3D)几何图形方面已经开展了重要的工作。一种技术属于称作结 构光(structured light)方法的途径类别，其通过将特殊设计的光发射图样(light pattern)投影到物体的表面并且通过分析被投影图案的变形来估计深度(即，该 表面上的点到摄录机之间的距离)，恢复物体的3D几何图形。

在用于3D几何图形恢复的许多技术当中，结构光途径精度高并且能够 实时实施，使得它们在现实世界应用中非常有前途。然而，当前的结构光途 径具有某些限制阻碍了它们应用到现实世界情形。例如，为了实现精确的获 取，这些技术需要将高功率光和高对比度图案投影到物体表面。这对于诸如 电影场景中的演员的人类主体来说通常是不能接受的。

另外，当前的结构光技术通常需要做如下假设：物体表面几乎不存在或 者没有纹理(texture)。物体纹理的存在将影响结构光发射图样的表面形貌 (appearance)。因此，纹理可能严重地降低精度。更甚者，当被捕捉的图像/ 视频也用于内容生成时，例如制作电影，图像和视频中的结构光的存在通常 是不需要的。

可以将各种3D获取技术分为积极途径和消极途径。消极途径从在常规 照明(lighting)条件下拍摄的图像或视频中获取3D几何图形。使用从图像和视 频中提取的几何或者光度(photometric)特征来计算3D几何图形。最常使用的 两种途径是立体算法(stereo algorithm)技术和光度技术。立体算法技术基于由 具有不同视角的两个摄录机拍摄的立体图像对(stereo image pair)的差异 (disparity)来估计深度(depth)。通过比较该立体图像对中的像素并且计算坐标 差来估计差异。光度技术基于由表面定向(orientation)所造成的阴影效果来估 计曲面法线(normal)。对于现实世界的图像，这两种方法都不准确并且需要较 高的计算成本。立体算法无法估计平坦区域(没有纹理的区域)上的像素的深 度。光度技术需要能够演绎地得知物体表面的材料(即，BRDF，双向反射分 布函数)。

相反，积极途径能够实现高精度和实时速度。例如，激光扫描是一种包 括将激光投影到表面并且基于时间飞行(time-of-flight)原理或者光发射图样的 变形来估计深度的技术。然而，激光扫描途径非常受限制。

现有技术中推崇另一种被称作结构光的技术。结构光技术将可见或不可 见(红外)图案投影到物体的表面，并且根据该图案的变形来估计深度。结构光 途径在计算机视觉界已经得到广泛地研究。该技术发展水平包括复合 (composit)结构光，其使用多个条纹而不是单个条纹并且还使用彩色(color)结 构光，并且利用颜色来区分并识别所述条纹。然而，为了实现高精度的深度 估计，这些途径需要高强度的结构光和/或平滑的表面，从而表面纹理将不会 干扰结构光发射图样。如此，使用当前可用的技术来恢复现实世界物体的3D 几何图形是冒进并且不准确的。

发明内容

本发明的概念通过提供一种用于高精度和实时速度地获取现实世界物体 的三维几何信息的方法和系统，解决了现有技术的缺陷。

在本发明的一个实施例中，一种用于获取图像的几何信息的方法包括： 以人眼不可觉察的调制速率照射具有结构图案的物体；以获取差分图像对使 得图像对中的第一图像被照射并且图像对中的第二图像未被照射的速率，捕 捉所述物体的图像；和比较该差分图像对，以便确定所述物体的几何信息。 该方法可以进一步包括进行帧选择处理，以便恢复未被照射的图像序列，以 再现和显示场景。