[发明专利]用于生成锐化阴影的装置

说明书

本文公开的各种实施例总体上涉及计算机视觉、图形、图像扫描和图像处理以及相关联的机械、电气和电子硬件、计算机软件和系统以及有线和无线网络通信以至少形成物体和环境的三维模型或图像。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年10月6日提交的美国临时专利申请号62/569,353的权益，所述美国临时专利申请的内容通过引用以其全文结合在此。

关于联邦资助的研究或开发的声明

不适用

引用序列列表、表格或者计算机程序列表光盘附录

不适用

发明背景

1.技术领域

本发明属于扫描设备的技术领域。更具体地，本发明的优选实施例总体上涉及扫描设备，所述扫描设备生成被扫描物体的三维模型。更具体地，本发明的优选实施例总体上涉及使用阴影投掷器来生成被扫描物体或区域的三维模型的装置、系统和方法。

2.相关技术说明

计算硬件和软件的进步促进了在三维空间中传达物体的形状的三维模型和数字图像的生成。常规的计算技术和设备被实施为三维(“3D”)扫描仪，以形成被扫描物体的表面的三维模型。其中，结构化光扫描仪系统通常使用复杂的光图案和一个或多个相机系统来捕获表示三维物体的形状的图像。尽管传统的结构化光扫描仪系统是功能化的，但它们并不十分适用于广泛的应用，因为这些系统通常需要扫描仪成本高昂的材料和资源。例如，此类扫描仪采用激光器和/或液晶显示器(“LCD”)投射仪，以及需要处理与此类扫描仪相关联的复杂光图案和成像技术的其他计算硬件和算法。

至少在一种方法中，已经开发出使用“弱结构化”光的扫描技术来解决结构化光扫描仪系统的限制之一。传统的基于弱结构化光的扫描仪通常采用简单的白炽灯和/或杆(例如，铅笔)来捕获可以从中得出物体的表面的图像。这种扫描仪系统的示例在图1中进行了描绘。简图100描绘了简单的白炽灯泡102和杆114、或用于将阴影施加到平面110上以捕获物体116的形状的任何其他圆柱形物体(诸如铅笔)。灯泡102包括在玻璃壳体内的支撑件之间以距离(“d”)106延伸的灯丝104，所述玻璃壳体可以由透明的非磨砂玻璃形成。灯丝104通常沿相对于杆114的宽度的相对较宽的距离范围生成光。通常，灯丝104可以定位在不平行于杆114的平面中。相机101可以用于捕获可以用于计算116的表面的点的图像。为了捕获点的图像，使用杆114在物体116上施加阴影以尝试确定由相机101捕获的物体116的表面上的像素的相对深度(例如，在缺少物体116时相对于某个点处的像素的相对深度)。

图1中的扫描仪具有许多缺点。尽管图1的扫描仪是功能化的，但是简图100的系统可能不太适合于为三维物体建立3D图像模型。白灯泡102和杆114可以生成阴影120，所述阴影包括给定灯泡102的最弱照明区域121。在距杆114更远的距离122处，区域121与平面110的被照明部分111之间的边界变得越来越分散。照明扩散率增加的示例可以被描绘为在距离(“b”)126内从线122向外沿线114增大，所述距离展示了最弱照明区域121与被照明部分111之间的扩散边界。为了对抗扩散边界的有害影响，传统的3D扫描方法依赖于照明阈值以及时间或视频帧坐标、以及基于暗与亮之间的足够差异来定义边界的相关联算法。扩散边界可能会降低根据物体116的所捕获图像计算出的表面的准确性。同样，在操作时使用照明阈值可能需要忽略不同颜色、暗影或纹理的发光效果。例如，颜色“黄色”可以具有可以与扩散边界的影响区分开的较高的光亮度，而颜色“蓝色”可以具有可以被检测为扩散边界的一部分的相对较低的光亮度。这样，由于实施了传统的照明阈值，因此可以忽略物体116的蓝色部分117。因此，颜色和其他发光效果通常会导致这种忽略，即导致在常规3D扫描中很明显的不准确性。在一些方法中，采用算法计算来对像素是否被照亮进行分类。然而，这些已知算法通常限于在明亮度与暗度之间的相对较大的摆动之间进行区分。这样的阈值化可能需要资源来定制简图100的扫描仪并使所述扫描仪适应于特定的扫描应用。