专利名称：一种物体表面重建的系统和方法
技术领域：
本发明涉及三维立体图像重建技术，更具体地说，涉及一种物体表面重建的系统和方法。
背景技术：
点云数据是利用三维扫描设备对物体表面进行直接采样而得到的点，这些点是三维模型表面最初的，也是最直接的表示。通过分析点云数据，可以对模型的几何表面进行 重建。物体点云获取的方法很多，常见的方法有利用结构光图像信息来获取点云数据，也有采用双目可见光图像信息来获取数据。现有基于散斑的方法投影出来的散斑结构光进行三维重建的方法，其散斑图案在其图案生成器中固定没有变化，由于散斑的特点，对图像传感器的设备要求较高，且设备的灵活性较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有基于散斑的方法投影出来的散斑结构光固定不变从而对图像传感器的设备要求较高且设备的灵活性较差的缺陷，提供一种可以根据需要控制镜面反射装置，从而生成适于测量对象的结构光图案，并同步控制图像传感器对所需的区域进行扫描的物体表面重建的系统和方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种物体表面重建的系统，其特征在于，包括照明组件，包括光源和镜面反射装置，所述镜面反射装置用于通过调整镜面姿态，将所述光源发出的光线反射到目标区域形成线阵状的结构光图案；图像传感器，用于逐步曝光以拍摄所述目标区域内至少部分区域的线阵状图案的投影图像；控制器，用于控制所述图像传感器的曝光区域与所述镜面反射装置反射的结构光的投影区域同步；数据处理单元，与所述图像传感器连接，实时接收所述结构光图案的投影图像，并获取所述投影图像和预先拍摄的基准图像中的结构光图案位移值，计算出所述目标区域内物体的三维点云数据。优选地，所述光源采用点光源时，所述镜面反射装置采用二维振镜；所述光源采用线光源时，所述镜面反射装置采用一维振镜。优选地，所述一维振镜或二维振镜采用MEMS振镜。优选地，所述数据处理单元首先分别计算出所述投影图像和所述基准图像线阵中每条线条的坐标数组；然后，利用线条坐标数组计算线条的位移量；最后，通过以下公式计算结构光图案位移值为AXn的目标点的距离z ；
权利要求
1.一种物体表面重建的系统,其特征在于,包括 照明组件，包括光源和镜面反射装置，所述镜面反射装置用于通过调整镜面姿态，将所述光源发出的光线反射到目标区域形成线阵状的结构光图案； 图像传感器，用于逐步曝光以拍摄所述目标区域内至少部分区域的线阵状图案的投影图像； 控制器，用于控制所述图像传感器的曝光区域与所述镜面反射装置反射的结构光的投影区域同步； 数据处理单元，与所述图像传感器连接，实时接收所述结构光图案的投影图像，并获取所述投影图像和预先拍摄的基准图像中的结构光图案位移值，计算出所述目标区域内物体的三维点云数据。
2.根据权利要求I所述的物体表面重建的系统，其特征在于，所述光源采用点光源时，所述镜面反射装置采用二维振镜；所述光源采用线光源时，所述镜面反射装置采用一维振镜。
3.根据权利要求2所述的物体表面重建的系统，其特征在于，所述一维振镜或二维振镜采用MEMS振镜。
4.根据权利要求2所述的物体表面重建的系统，其特征在于，所述数据处理单元首先分 别计算出所述投影图像和所述基准图像线阵中每条线条的坐标数组；然后，利用线条坐标数组计算线条的位移量；最后，通过以下公式计算结构光图案位移值为AXn的目标点的距离z ; L "X/一 —ΔΧ + Ζ’ 其中，B为图像传感器与振镜装置的中心的距离，f为所述图像传感器的设备镜头焦距，L为选取的基准图像所在的标准平面的距离。
5.根据权利要求4所述的物体表面重建的系统，其特征在于，所述数据处理单元在结构光线条宽度方向，计算最大灰度值像素的重心坐标为线条坐标；或者所述数据处理单元在结构光线条宽度方向，直接计算线宽的中心坐标作为线条的坐标。
6.一种物体表面重建的方法，其特征在于，包括以下步骤 51、通过控制镜面反射装置，将光源发出的光线反射到目标区域并形成线阵状的结构光图案； 52、利用图像传感器逐步曝光以拍摄所述目标区域内至少部分区域的结构光图案的投影图像，且控制所述图像传感器的曝光区域与所述镜面反射装置反射的结构光的投影区域同步； 53、实时接收所述结构光图案的投影图像，并获取所述投影图像和预先拍摄的基准图像中的位移值，计算出所述目标区域内物体的三维点云数据。
7.根据权利要求6所述的物体表面重建的方法，其特征在于，所述步骤SI中所述光源采用点光源时，所述镜面反射装置采用二维振镜；所述光源采用线光源时，所述镜面反射装置采用一维振镜。
8.根据权利要求7所述的物体表面重建的方法，其特征在于，所述步骤SI中所采用的一维振镜或二维振镜为MEMS振镜。
9.根据权利要求6所述的物体表面重建的方法，其特征在于， 其中，所述步骤S3进一步包括 531、分别计算出所述投影图像和所述基准图像线阵中每条线条的坐标数组； 532、利用线条坐标数组计算线条的位移量； 533、通过以下公式计算结构光图案位移值为△Xn的目标点的距离z；
10.根据权利要求9所述的物体表面重建的方法，其特征在于，所述步骤S31包括 在结构光线条宽度方向，计算最大灰度值像素的重心坐标为线条坐标；或者 在结构光线条宽度方向，直接计算线宽的中心坐标作为线条坐标。
全文摘要
本发明涉及一种物体表面重建的系统和方法，所述系统包括照明组件，包括光源和镜面反射装置，用于在目标区域形成线阵状的结构光图案；图像传感器，用于逐步曝光以拍摄目标区域内至少部分区域的结构光图案的投影图像；控制器，用于控制图像传感器的曝光区域与镜面反射装置反射的结构光的投影区域同步；以及数据处理单元，实时接收并获取所述投影图像和预先拍摄的基准图像中的结构光图案位移值，计算出目标区域内物体的三维点云数据。本发明根据需要在目标区域内投射出预设的结构光图案，并控制图像传感器同步曝光来拍摄目标区域内至少部分区域的投影图像，与基准图像比较计算出目标区域内物体的三维深度数据，从而获取运动物体的实时运动数据。
文档编号G02B26/08GK102831642SQ20121033222
公开日2012年12月19日 申请日期2011年1月27日 优先权日2011年1月27日
发明者师丹玮 申请人:深圳泰山在线科技有限公司