[发明专利]三维成像装置和生成对象的三维图像的方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维(3D)成像装置和生成对象的3D图像的方法。

背景技术

多重透视成像已经用于重构对象的3D模型。实现多重透视成像的一些示例包括：

(i)设置和需要的多重透视图像的数量一样多的相机；

(ii)使用两个相机来从不同透视图(perspective)捕获一对二维(2D)图像，并且依赖于通过插值确定中间透视图的软件算法，使得基于通过两个相机捕获的图像中的对应核线(epipolar line)，确定3D模型的各点。换句话说，操纵图像的图像平面；以及

(iii)依赖于具有内置深度键的相机，所述内置深度键提供捕获的图像的每个像素中的深度信息以用于重构3D模型。

方法(i)和(iii)依赖于复杂的硬件。方法(i)的优点在于，捕获的大量数据使得可以获得用户可能需要的任何透视图。然而，方法(i)需要的大量相机意味着设置和维护这样的系统在技术上和经济上是不实际的。此外，该系统是低效的，因为捕获的大量数据是冗余的。这是因为，在笛卡尔空间中的相机的零平面附近，相邻各对相机捕获对象的各部分的几乎相同的图像。

相反，方法(ii)依赖于复杂的软件，而不是硬件。尽管方法(ii)仅需要一对相机，因此在技术和成本方面提供了比方法(i)更可行的选项，但是由类似(由于由一个相机正看到、而另一相机没有看到的对象的特征而导致的)失调(disorder)、不正确的匹配、以及由于遮蔽(occlusion)而导致的信息的缺乏(可能存在任一相机都不可见的对象的部分)的因素，典型地，损害了中间透视图的精度。在上述三种方法中，其最不能确保完美的图像，并且在任何环境下，完美的插值实际上是不可能的。关于方法(iii)，使用深度相机捕获的图像的每个像素中提供的深度信息的分辨率和精度是不一致的，并且方法(iii)太易受如遮蔽的问题的影响。

本发明旨在提供一种3D成像装置和形成对象的3D图像的方法，其至少改善上述问题，并且还为公众提供了一种替代的3D成像装置和替代的形成对象的3D成像的方法。

发明内容

概括地，本发明提出了一种3D成像装置，其具有至少两组反射元件，每个反射元件安排来将来自图像的各个部分的光线反射向图像捕获器件。各组反射元件安排为面向要成像的对象，并且选择和/或定位反射元件，使得在3D成像装置的操作期间，图像捕获器件捕获来自至少两组反射元件的每个的图像。通过定位捕获图像中的各组匹配点(或者，在存在两组反射元件的情况下的各对匹配点)，即，使用从对象的相同元件发出的光产生的点，可以标识元件的位置。从多个这样元件，可以确定3D空间中的对象的轮廓。

具体地，本发明第一方面提出了一种用于生成3D对象的图像的3D成像装置。所述3D成像装置包括：(i)至少两组反射元件；(ii)图像捕获器件；以及(iii)用于执行上述计算的处理器。

通过提供至少两组反射元件(每组具有多个反射元件)，来自至少两组的对应反射元件反射对象的各个透视图，其然后由图像捕获器件捕获。注意，在没有上述方法(i)的复杂装置的情况下，执行所述方法的优选实施例。此外，与方法(iii)不同，不需要在每个透视图捕获深度信息，因此节省带宽，并降低了数据存储需求和随后的数据处理时间。

此外，可以放置各组反射元件，使得它们共同覆盖比方法(ii)中使用的两个相机的透镜更大的面积(即，它们共同对向对象周围的更大角度范围)，所以存在远远更小的失调和遮蔽的风险。

3D成像装置可操作来规范化捕获的图像，以考虑由不同射线在对象和图像捕获器件之间行进的不同距离导致的图像中可能的失真。规范化可通过调整一个捕获图像的列的大小而实现，使得它们的高度与另一相应图像的对应列的高度相同。这可通过使用参考基线来实现，所述参考基线是已知并近似三维对象的形状的形状。限定基线上的采样点。每个采样点使得如果在所有方向上从其发射光线，则两个这样的射线将从第一和第二组元件的各自一个反射以形成第一和第二图像的对应点。这些(假定的)射线因此近似由对象发射并导致图像的生成的实际射线。使用采样点的位置以及反射元件的反射属性，可以计算如果在采样点已经发射实际射线则将发生的失真量，并且执行规范化以校正该失真。

捕获图像的规范化对于核匹配可能是必须的，在所述核匹配中，一个捕获图像中的核线与另一相应图像中的对应核线比较，以定位各个捕获图像中的多个匹配点。因此，沿捕获图像的各行的对应像素可具有公共核线。