[发明专利]三维重建的图像获取方法和系统、三维重建方法和系统

说明书

技术领域

本公开总体涉及立体成像，具体涉及用于三维重建的图像的获取方法和系统、以及三维重建方法和系统。

背景技术

多目立体成像是指根据多目立体视觉的基本原理来获取、产生和传输一个场景，并将这个场景展现出具有立体感的景象，其在虚拟现实、机器视觉、多媒体教学、数字娱乐、产品外观设计、雕刻与建筑等领域都有着广泛的应用。多目立体成像的基本处理过程是在同一时间用多个不同位置的摄像头拍摄同一物体的图像，在得到的多张图像中进行像素匹配，最后通过诸如三角测距原理来获得各像素的深度信息(即，三维坐标)，由此得到三维立体图像。

图1示例性的说明了三角测距原理。如图1所示，两个不同位置的摄像头分别拍摄同一物体的图像。之后，对于从一个摄像头看到的点(即由该摄像头拍摄得到的图像中的像素)，寻找从另一个摄像头看到的与之对应的点(即由该另一个摄像头拍摄得到的图像中的匹配像素)。求出上述两个点与各自对应的摄像头的连线的延长线(以下简称三维射线)的交点，即可得到待测的三维点的坐标。类似的，当采用三个及以上摄像头进行拍摄时，对于从一个摄像头看到的点，可以分别寻找从其他各个摄像头看到的与之对应的点，并通过两两求出三维射线的交点，得到待测的三维点的坐标。

多目立体成像中的一个重要问题是非漫反射现象，也叫高光现象。当物体表面存在高光时，由于高光区域的物体图像受物体表面法向、光源和摄像头位置的影响，因此在像素匹配时可能出现系统性偏差，从而导致采集到的物体形状信息出现变形，这一问题在物体表面凸起的位置产生高光的情况下尤为严重。

图2示出了由于高光导致采集到的物体形状信息出现变形现象的示意图。如图2所示，假设对于摄像头1拍摄得到的图像中位于物体凸起处的一个像素，试图在摄像头2和3拍摄得到的图像中分别找出匹配像素。由于在物体凸起处表面法向快速单调变化，受高光的影响，在摄像头2拍摄得到的图像中找到的匹配像素的位置比实际正确的位置偏右，而在摄像头3拍摄得到的图像中找到的匹配像素的位置比实际正确的位置更加偏右。而当对于摄像头2、摄像头3找到的匹配像素位置偏右的程度恰好合适时，有可能在三角测距时与各摄像头对应的三维射线刚好交于同一点(三维点)，由此导致误以为找到了一个重建三维点。然而实际上，这个三维点的位置比实际的凸起位置靠后，从而导致在输出的重建结果中，本该凸起的地方出现了一块凹下去的地方。

针对上述高光问题，本领域中已经进行了一些研究，并提出了依赖硬件改动和依赖软件处理的方法。所述依赖硬件改动的方法例如在摄像头和光源前加偏振片，然而这会增加系统的硬件复杂度，同时降低光源的效率。所述依赖软件处理的方法例如判断像素的灰度值是否过亮，但这种方法不够鲁棒，例如无法处理皮肤等产生的高光不是特别亮的情形。

发明内容

考虑到上述问题而提出了本公开。

根据本公开的一个方面，提供了一种用于三维重建的图像的获取方法，包括：控制在空间上分离设置的至少两个光源中的每个光源的亮度周期性地变化，其中所述至少两个光源中至少有一个光源的亮度变化的周期与其他光源不同，或者所述至少两个光源的亮度变化的周期相同、且其中至少有一个光源的亮度变化的相位与其他光源不同；以及采用在空间上位置不同的至少三个摄像头分别采集用于三维重建的图像，其中至少有一个摄像头进行采集的开始曝光时间与其他摄像头不同。

根据本公开的另一个方面，提供了一种三维重建方法，包括：控制在空间上分离设置的至少两个光源中的每个光源的亮度周期性地变化，其中所述至少两个光源中至少有一个光源的亮度变化的周期与其他光源不同，或者所述至少两个光源的亮度变化的周期相同、且其中至少有一个光源的亮度变化的相位与其他光源不同；采用在空间上位置不同的至少三个摄像头分别采集用于三维重建的图像，其中至少有一个摄像头进行采集的开始曝光时间与其他摄像头不同；以任一摄像头采集到的图像为基准图像，对于该基准图像中的任一像素，利用该任一像素与每一个其他摄像头采集到的图像中与该像素匹配的像素分别确定一个候选的重建点；如果各个候选的重建点在预定范围内，则基于各个候选的重建点构建三维重建点，否则不构建所述三维重建点。