[发明专利]确定用于三维图像采集过程的一组或多组曝光设置的方法

说明书

一种确定用于成像系统所实施的三维图像采集过程的一组或多组曝光设置的方法，该三维图像采集过程包括由所述图像传感器分别以相应各组曝光设置捕获一组或多组图像数据，其中，所述一组或多组图像数据能够用于生成确定一个或多个被成像物体表面上的点的三维坐标的一个或多个三维点云，每组曝光设置均确定了所述成像系统的一项或多项参数的值，其中，该方法包括：确定一组或多组候选曝光设置；从所述各组曝光设置中选择满足一项或多项优化准则的一组或多组曝光设置。

技术领域

本申请中描述的实施方式涉及一种确定用于三维图像采集过程的一组或多组曝光设置的方法。本申请中描述的实施方式还涉及一种生成物体三维图像的系统。

背景技术

三维表面成像(3D表面成像)为一项快速发展的技术。本申请中使用的“三维表面成像”一词可理解为指通过捕获三个维度上的空间信息(也就是说，除了捕获传统图像或照片中的二维空间信息之外，还捕获深度信息)而生成物体表面的三维表现形式的过程。该三维表现形式可例如在视觉上显示为屏幕上的“三维图像”。

多种不同技术可用于获得生成物体表面三维图像所需的数据。此类技术包括，但不限于，结构化光照明、飞行时间成像、全息技术、立体系统(主动式和被动式)以及激光线三角测量。在每种技术中，均可以“点云”的形式捕获数据。其中，通过记录三维空间中不同点的强度值，使得点云中的每一点均具有其自身的一组(x,y,z)坐标以及相应强度值I。

图1所示为在存储器内存储点云数据时可采取的一种例示存储方式。如图所示，点云数据以N行M列二维点云矩阵101的形式存储。该矩阵的每一元素包括数据元组，该数据元组包括点云中某个点的{x_ij,y_ij,z_ij}坐标，其中，i＝{1,2…N}，j＝{1,2,…M}，N和M均为整数值。该数据元组还包括所述点的强度值I_ij。强度值与相应的空间坐标共同确定对象物体的外表面几何形状。通过将各点在三个维度上呈现，可以获得物体的三维表现形式。

在一些情形中，可通过二维传感器阵列采集物体的一幅或多幅二维图像，并根据这些二维图像计算点云数据。在此类情形中，可将点云矩阵元素映射至传感器阵列的像素元件。例如，对于给定的矩阵元素，索引符号i和j可表示相应像素元件在传感器阵列内的位置。如此，{x_ij,y_ij,z_ij}坐标即可确定点在空间内的位置，其对应于相应像素在一幅或多幅二维图像内的位置。

与所有形式的成像技术一致，最终获得的三维图像的信噪比(SNR)部分取决于图像数据捕获中使用的传感器的动态范围。如果从物体上的不同点接收的信号强度例如因物体表面含有若干高亮区域和高暗区域而可能存在显著差异，则必须在以下两方面之间取得平衡：(1)最大程度增大照明强度和/或传感器曝光时间，以确保从物体的较暗区域接收到足够的光；(2)最大程度减小照明强度和/或传感器曝光时间，以避免来自物体较亮区域的信号使传感器达到饱和。为了解决这一问题，已提出的一种解决方案为将高动态范围(HDR)成像概念应用于三维成像。HDR成像为数字图像领域中用于提高光度动态范围的一种成熟技术。该技术包括：以不同曝光时间捕获同一场景的若干幅图像；以及通过图像数据的后处理生成所述场景的单幅HDR图像。以较长曝光时间捕获的图像能够捕获到场景较暗区域细节，这些细节是以较短曝光时间捕获的图像因到达相机的信号不足而无法分辨的。与此同时，以较短曝光时间捕获的图像能够捕获到场景较亮区域细节，这些细节是以较长曝光时间捕获的图像因相机饱和而无法分辨的。通过以合适的HDR算法对此类图像进行后处理，可以获得明暗区域细节元素均可见的单幅高清图像。