一种三维视频摄像系统的实现方法
【专利摘要】本发明涉及一种三维视频摄像系统的实现方法，属于视频图像通信【技术领域】。本发明包括以下步骤：1）通过投影机向物体照射固定的黑白光栅条纹，对数字摄像机进行标定；2）正常标定后获取数字摄像机的有效参数，并将数字摄像机对被照射的物体进行摄像，获取视频信息；3）对视频信息进行数据处理，将视频信息通过视频流的形式每一帧地传输到计算机中进行实时地解析并进行3D建模，获取动态的3D图像；4）整合摄取数据合成文件。本发明的优点在于：采用单帧图片或多帧视频生成连续型3DCG与3D视频，自由度更大；采用特定黑白光栅的空间编码方法以消除实物或场景本身带有颜色的干扰，以增强抗干扰能力。
【专利说明】一种三维视频摄像系统的实现方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种三维视频摄像系统的实现方法，属于视频图像通信【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 我们所处的是一个三维的世界，但是照相机与摄像机拍摄的却只是二维的图片与 视频，丢失了深度信息。只有二维信息这点在很大程度上使机器视觉在生活中的发展与应 用受到了很大程度的限制，三维测量的目的是获取物体深度图像的同时获取三维物体的形 态与三维世界坐标，以实现对三维世界更加深刻与准确的理解。
[0003] 近些年来，有许多国内外的研究者研究出很多种三维测量的方法，例如双目立体 视觉的方法，这种方法是模拟人眼的成像原理，测量某物体时，通过两个不同角度的二维图 像进行组合处理后获得该物体的三维信息。双目立体视觉方法虽然很贴近人眼成像原理， 但是确定一个物体三维信息时需要两张图片才可以进行，因此在处理方面效率不高，并且 两个模拟人眼的相机的相对位置以及相对于地面的摆放需要有非常严格的控制。
[0004] 由于结构光空间编码方法只需要通过一张图片就可以通过三角形法则推算出被 测物体上的三维信息，该方法具有非常高的分辨率，且运算速度快，并且实现方法基于三角 形法则，其易实现性成为我们研究的重点。
[0005] 基于结构光空间编码方法的三维测量，其核心技术在于空间编码的选择和排列， 现在很多期刊与论文中以彩色空间编码为主，其理由在于彩色的RGB通道在（0, 0, 0 )、（ 0， 255, 255)或（255, 0, 255)等这些情况下由于单通道的值不是0就是255,所以容易确定该 颜色是哪种颜色，并以此确定该色条所处的位置。但是在实际运用中，光栅所照射的物体并 不全是纯白色的，当遇到彩色的物体时，彩色编码打上去就会遇到很大的问题，所以本发明 方法采用的是灰度级的黑白光栅，从而避免这种无法识别的情况。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是针对彩色编码在照射彩色物体时存在干扰的问题而提供一种基 于黑白光栅的三维视频摄像系统的实现方法，该方法主要采用一个摄像机与一个投影仪为 主体三维摄像机，通过计算机对视频信息进行实时处理，从而实现三维视频摄像。
[0007] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种三维视频摄像系统的实现方法，首先通 过一个投影仪向物体投射固定的黑白光栅条纹，然后通过标定后的摄影机对被照射的物体 进行摄像，再将视频信息通过视频流的形式每一帧地传输到计算机中进行实时地解析并进 行3D建模，以实现实时的3D景象。
[0008] 其具体步骤如下： 步骤1 :通过投影机向物体照射固定的黑白光栅条纹，对数字摄像机进行标定； 步骤2 :正常标定后获取数字摄像机的有效参数，并将数字摄像机对被照射的物体进 行摄像，获取视频信息； 步骤3 :对视频信息进行数据处理，将视频信息通过视频流的形式每一帧地传输到计 算机中进行实时地解析并进行3D建模，获取动态的3D图像； 步骤4 :整合摄取数据合成文件。
[0009] 本发明的原理是：本发明通过一个Input设备的单次摄影图片或视频即可获取视 场内黑白光栅条纹照射到的物体的三维信息，主要运用原理为三角形规则：
【权利要求】
1. 一种三维视频摄像系统的实现方法，其特征在于包括以下步骤： 步骤1 :通过投影机向物体照射固定的黑白光栅条纹，对数字摄像机进行标定； 步骤2 :正常标定后获取数字摄像机的有效参数，并将数字摄像机对被照射的物体进 行摄像，获取视频信息； 步骤3 :对视频信息进行数据处理，将视频信息通过视频流的形式每一帧地传输到计 算机中进行实时地解析并进行3D建模，获取动态的3D图像； 步骤4 :整合摄取数据合成文件。
2. 根据权利要求1所述的三维视频摄像系统的实现方法，其特征在于：步骤1所述的 对数字摄像机进行标定，其标定步骤为：首先用标定板放置在数字摄像机前一定距离处，所 述的标定板由固定边长的正方形组成，在已知现实空间三维坐标系的具体数据后，根据焦 距反推出此时现实空间三维坐标系与计算机显示的二维坐标系的函数关系，得到实际三维 空间的具体数据信息。
3. 根据权利要求2所述的三维视频摄像系统的实现方法，其特征在于：所述的现实空 间三维坐标系与计算机显示的二维坐标系的函数关系为：以数字摄像机、数字摄像机像面、 计算机上显示的平面与Μ点所在的空间为对象建立四个坐标系，分别是现实空间三维坐标 系WX wYwZw、数字摄像机二维图像坐标系oxy、数字摄像机三维图像坐标系CX cYcZc和计算机 二维图像坐标系ouv，其中现实空间三维坐标系内一点Μ通过旋转矩阵与平移向量，即可推 算出Μ点在数字摄像机三维图像坐标系的相应位置，如下式所示：
其中R为旋转矩阵，Τ为平移向量，再根据数字摄像机的针孔模型即可得：
其中f是照相机的光心C与像面之间的距离，通过上式两次换算即可获得现实空间三 维坐标系与照相机二维图像坐标系的函数关系。
4. 根据权利要求1所述的三维视频摄像系统的实现方法，其特征在于：该系统包括数 字摄像机，用于获取视场内的单帧图像或多帧视频；投影机，用于将特定的黑白光栅条纹投 射到视场内的物体上；供电设备，用于为投影机与数字摄像机进行供电；计算机，用于处理 视频流息。
【文档编号】G03B35/08GK104123710SQ201310145530
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年4月25日 优先权日:2013年4月25日
【发明者】李千目, 夏彬, 侯君, 张宏, 戚湧 申请人:南京理工大学常熟研究院有限公司