像平面垂直；
[0033] 步骤1. 5:转动可旋转工作台15度，重复步骤1. 2-1. 4,检验工作台是否水平，相机 固定臂是否竖直。
[0034] 所述步骤2的具体步骤为：对每个光源位置，利用校准版金属球检测光源反射高 光；已知相机及金属球位置，利用反向光线跟踪，计算光源位置；转动光源旋转臂15度，重 复测试。
[0035] 所述步骤3的具体步骤为：
[0036] 步骤3. 1:对每个相机位置c，拍摄暗帧Dc，记录曝光时间T，将图像的像素值减去 相应暗帧的像素值来消除热噪点、矫正传感器偏差；
[0037]步骤3. 2:对于相机位置c以及LED光源1，像素点x位置照射到相机的辐照度Lx 与一个恒定的常数因子a x的乘积可表示为：
[0038]
【主权项】
1. 一种基于相机光源阵列模式的真实感材质测量装置，其特征是，包括可旋转工作台， 所述可旋转工作台上固定材质采集平台、半圆弧相机固定臂和可旋转的半圆弧光源旋转 臂；所述相机固定臂上沿其半圆弧架设有多台相机，提供多角度拍摄，所述光源旋转臂上沿 其半圆弧架设有多个光源，提供多角度光照，相机和光源的布设形成阵列模式。
2. 如权利要求1所述的真实感材质测量装置，其特征是，所述可旋转工作台包括底座 和可旋转台面，所述底座和可旋转台面之间通过连接构件连接，所述连接构件上设有相机 固定臂接口和光源旋转臂接口；所述材质采集平台固定在可旋转台面上，材质采集平台上 固定待测量材质。
3. 如权利要求2所述的真实感材质测量装置，其特征是，所述可旋转台面及光源旋转 臂接口与电机相连，电机与控制器连接，控制器与计算机相连，计算机控制电机带动可旋转 台面或光源旋转臂接口旋转，所述可旋转台面和光源旋转臂接口 360度独立旋转，转动误 差均不超过0.05度。
4. 如权利要求1所述的真实感材质测量装置，其特征是，所述相机固定臂包括半圆弧 臂和底部连杆，所述底部连杆连接半圆弧臂的两端，所述底部连杆固定于相机固定臂接口； 所述光源旋转臂包括半圆弧臂和底部连杆，所述底部连杆连接半圆弧臂的两端，所述底部 连杆固定于光源旋转臂接口；所述光源连接LED光源控制器，光源控制器与计算机连接，通 过计算机测量系统指令控制每个光源的开关；所述相机通过GigE接口与计算机连接，通过 计算机测量系统指令控制每个相机的拍摄，采集拍摄数据。
5. 如权利要求1所述的真实感材质测量装置，其特征是，还包括附件，所述附件包括漫 反射版、比色版、包含高光材质球的校准版；附件位于可旋转工作台面上；所述相机固定臂 间隔7. 5度俯仰角预置相机固定位，所述光源旋转臂间隔7. 5度俯仰角预置光源固定位；所 述光源旋转臂能够绕工作台竖直轴旋转180度，旋转精度为0. 05度。
6. -种基于相机光源阵列模式的真实感材质测量装置的方法，其特征是，包括以下步 骤： 步骤1:相机标定，获取相机的内部参数和外部参数，确定相机的方位； 步骤2:光源标定，确定光源的位置； 步骤3:福照度标定，计算逆响应函数X、 步骤4:材质测量与数据采集，利用主控计算机控制光源旋转臂旋转、工作台旋转、LED 光源开启次序、相机拍摄次序以及采集数据收集。 步骤5:HDR处理，利用步骤3中求得的逆响应函数χΛ根据两幅同角度不同曝光的图 像，生成HDR图； 步骤6:正投影校正，将拍摄图像调整为正视投影角度； 步骤7:BTF生成，最后的BTF数据包括步骤1获得的相机的方位，步骤2获得的光源的 方位，以及步骤4采集到的图像经过步骤5与步骤6的处理后获得的最终图像。
7. 如权利要求6所述的真实感材质测量装置的方法，其特征是，所述步骤1的具体步骤 为： 步骤1. 1:定义可旋转工作台中心为世界坐标原点，竖直方向为z轴，相机固定臂的底 部连杆为X轴； 步骤1. 2:开启顶部光源，多台相机依次拍摄多幅图像，每张图像都能够直接求出投影 变换矩阵，利用至少三张光轴不平行的图像求出相机内参数；最后计算每张图像拍摄时的 相机外参数； 步骤1. 3:通过求出的相机内参数，得到相机的畸变系数，计算畸变映射，从而矫正畸 变效应，矫正拍摄的图像； 步骤1.4:利用相机坐标系至世界坐标系的转化，将拍摄的棋盘格图像变换为正投影 下的图像，多幅图像通过特征点比对误差，其中，相机坐标系的原点为相机光心，X轴和Y轴 与成像平面坐标系的X轴和y轴平行，Z轴为相机的光轴，和图像平面垂直； 步骤1. 5:转动可旋转工作台15度，重复步骤1. 2-1. 4,检验工作台是否水平，相机固定 臂是否竖直。
8. 如权利要求6所述的真实感材质测量装置的方法，其特征是，所述步骤2的具体步骤 为：对每个光源位置，利用校准版金属球检测光源反射高光；已知相机及金属球位置，利用 反向光线跟踪，计算光源位置；转动光源旋转臂15度，重复测试。
9. 如权利要求6所述的真实感材质测量装置的方法，其特征是，所述步骤3的具体步骤 为： 步骤3. 1:对每个相机位置c，拍摄暗帧Dc，记录曝光时间T，将图像的像素值减去相应 暗帧的像素值来消除热噪点、矫正传感器偏差； 步骤3. 2:对于相机位置c以及LED光源1，像素点X位置照射到相机的辐照度Lx与一 个恒定的常数因子α ^的乘积可表示为：
其中，Lx为每个像素点X的辐射强度，ω为权重函数，/[:物体的每个像素点X的像素 值，X为相机的响应函数，％为黑帧的每个像素点X的像素值，T为曝光时间； 步骤3. 3:用一个反照率为99%的标准漫反射白板，求得对应相机及LED光源的白板辐 照度：
其中，Ex为每个图像的辐照强度，^为反照率，Wx为权重函数，T为相机的曝光时间； B 步骤3. 4:像素点X的反射采样系数P x可以表示为：
iU. 乂不」安水<3所还的具头?利映测星茨直tf」方法，其特征是，步骤4的标准步骤 为： 步骤4. 1:利用计算机控制单独开启每一个LED光源，利用每一台相机拍摄两幅不同曝 光的图像； 步骤4. 2 :通过计算机控制转动光源旋转臂到下一个位置，重复4. 1拍摄过程，直到光 源旋转臂完成180度旋转； 步骤4. 3 :通过计算机控制转动工作台到下一个位置，重复4. 1及4. 2拍摄过程，直到 工作台完成360度旋转。
【专利摘要】本发明公开了一种基于相机光源阵列模式的真实感材质测量装置及方法，包括可旋转工作台，所述可旋转工作台上固定材质采集平台、半圆弧相机固定臂和可旋转的半圆弧光源旋转臂；所述相机固定臂上架设有多台相机，所述光源旋转臂上架设有多个光源。采用可扩展的相机阵列与光源阵列方案，采集效率与系统成本可控制；相机位置在拍摄过程中固定不变，保证了整体拍摄精度。光源旋转臂，工作台旋转角度可控制，可以实现不同精度的材质拍摄采样。采用不同曝光度设置实现拍摄，最终拍摄结果的动态范围可扩展，满足材质测量需求。软件采用同一高速记录软件SDK，无论将来用采集卡做低速采集还是用专用存储器CORE做高速存储，均可兼容。
【IPC分类】G06T7-00
【公开号】CN104751464
【申请号】CN201510145707
【发明人】徐延宁, 孟祥旭, 龚斌, 陆巧, 王璐, 岳双燕, 徐安敏
【申请人】山东大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月30日