[发明专利]进行形状测量的系统、方法和媒体

说明书

政府权益公告

本发明得到美国国家科学基金资助项目IIS-0964429以及美国海军研究办公室资助项目N00014-11-1-0285的支持。因此，美国政府对本发明享有某些权利。

与相关申请的交叉引用

本申请要求2011年11月23日提交的美国临时申请No.61/563,470的权益，该申请的全部内容并入本文作为参考。

背景技术

相位移是一种可靠且被广泛使用的形状测量技术。由于这项技术低廉、快速和准确，其已被应用于外科手术、工厂自动化、表演捕捉、文化遗产数字化以及其他用途。

相位移属于主动式立体三角测量技术种类。这种技术通过向景象投射经过编码的亮度图案建立投影仪像素与摄像头之间的对应关系。然后利用这种对应关系对景象上的点进行三角测量，确定景象中物体的形状。

与其他主动式景象复原技术一样，相位移假定景象点只由一个单光源直接照亮，因此没有全局光照。但实际上，由于相互反射和表面散射，全局光照是不可避免的。事实上，全局光照几乎出现在每一个真实世界景象中。因此，典型的相位移由于全局光照而产生了错误的结果。

此外，相位移算法通常还假定光源是具有无穷大景深的理想点。但是，所有光源的景深是有限的，这就导致了散焦。为了消除散焦，现有相位移技术需要拍摄大量输入图像。

因此，需要新型的形状测量机构。

发明内容

提供一种进行形状测量的系统、方法和媒体。在一些实施例中提供了进行形状测量的系统，所述系统包括：向景象投射多个照明图案的投影仪，其中，所述每个照明图案都具有指定频率，所述各照明图案在不同时间段被投射到所述景象上，三个不同照明图案以第一指定频率被投射，只有一个或两个不同照明图案以第二指定频率被投射；用于在所述各时间段检测景象图像的摄像头；以及被设置用于确定所述多个照明图案的指定频率并测量所述景象中物体形状的硬件处理器。

在一些实施例中提供了进行形状测量的方法，所述方法包括：使用投影仪向景象投射多个照明图案，其中，所述每个照明图案都具有一个指定频率，所述各照明图案在不同时间段被投射到所述景象上，三个不同照明图案以第一指定频率被投射，只有一个或两个不同照明图案以第二指定频率被投射；使用摄像头在所述各时间段对所述景象的图像进行检测；使用硬件处理器确定所述多个照明图案的指定频率；使用所述硬件处理器测量所述景象中物体的形状。

在一些实施例中，提供了含有计算机可执行指令的非瞬时性计算机可读媒体，当处理器对其进行处理时，处理器执行测量形状的方法，所述方法包括：向景象投射多个照明图案，其中，每个照明图案具有一个指定频率，每个照明图案在不同时间段被投射到景象上，三个不同照明图案以第一指定频率被投射，只有一个或两个不同照明图案以第二指定频率被投射；在各时间段对景象的图像进行检测；确定所述多个照明图案的指定频率；测量景象中物体的形状。

附图说明

图1是可在一些实施例中使用的进行形状测量的硬件实例的框图。

图2是可在一些实施例中使用的计算机硬件实例的框图。

图3是可在一些实施例中使用的照明图案实例示意图。

图4是根据一些实施例的可用于执行形状测量的程序实例示意图。

具体实施方式

提供了一种进行形状测量的系统、方法和媒体。在一些实施例中，形状测量机构可使用任意一种适宜的投影仪将照明图案投射到含有一个或多个物体的景象上，从所述景象反射的这些照明图案可由任意一种适宜的摄像头检测到并以图像形式保存。所述投射的图案可以是任意一种适宜的图案，例如正弦曲线图案。这些图案可以选择足够高的使用频率，以使得所有检测和储存的图像的全局光照和散焦效应基本保持不变。然后可确定投影仪像素与摄像头像素之间的对应关系，利用这种对应关系对景象中物体的表面上的点进行三角测量，由此确定这些物体的形状。

参照图1，图中所示为一些实施例使用的硬件100的实例。如图所示，在一些实施例中，硬件100可包括计算机102、投影仪104、摄像头106、一个或多个输入装置108以及一个或多个输出装置110。

在一些实施例中，在运行过程中，计算机102可使投影仪104将适宜数量的结构光图像投射到景象112上，所述景象可包括任意适宜的物体，例如物体114和116。同时，在一些实施例中，摄像头106可检测从景象反射的光线，并向计算机提供检测到的图像。然后，在一些实施例中，计算机可进行本文中所述的处理，确定形状以及与景象中物体相关的其他适用数据。