一种三维图像信息采集装置及其图像重建方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及三维摄像技术领域，具体涉及一种三维图像信息采集装置及一种应用 该三维图像信息采集装置的图像重建方法。
【背景技术】
[0002] 随着各种支持3D输出和显示的终端产品的出现，对于3D内容的需求急剧增加，以 三维人脸信息采集为例，获得人脸3D模型后，可进行虚拟动画设计、虚拟化妆、整容设计等 诸多用途。而现有的3D人脸数据采集方式主要以3D扫描，如激光扫描，结构光扫描技术为 主，相关产品结构较为复杂，虽然能够得到精确的三维信息，但其硬件成本和操作方法是普 通用户难以承受和不易掌握的，因此需要一种低成本的、快速的、易用的3D人脸采集装置。
[0003] 为此，人们提出了一种基于光度学的精确三维重建方法，光度学是3D视觉中的一 种技术手段，其基本原理是通过不同方向的光源照射，通过相机拍摄，分析不同照射角度下 物体的明暗信息变化恢复出表面的三维法向信息，进而得到表面三维形状，现有的光度学 3D重建方法均采用了点光源或者平行光源的假设，即不考虑光源自身的发光特性，当物体 距离光源较远或者光源本身符合平行光或者点光源特性时，现有方法可取得较好的3D重建 效果，但这对光源自身要求较高，且为获得平行光，光源本身需要较大的体积，如采用LED阵 列装置;其不能实现近距离的3D图像重建，装置整体体积较大，生产成本较高，使用也不方 便。
【发明内容】
[0004] 为克服上述缺陷，本发明的目的即在于提供一种三维图像信息采集装置及其图像 重建方法。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0006] 本发明是一种三维图像信息采集装置及方法，包括:一镜面，所述镜面的中设有第 一区域，所述第一区域的中部设有第一摄像头，所述镜面上设有第一光源，所述第一光源的 数量为四个以上，其分布于第一区域的外边缘上，且每个第一光源均为LED灯，所述第一摄 像头用于对第一光源所发出的光信号进行采集;所述第一光源与第一摄像头均与控制单元 相接，所述控制单元用于控制每个第一光源的在预定时间进行开关和控制第一摄像头在对 应的时间内进行工作。
[0007] 进一步，所述第一区域的中部还设有第二摄像头，所述第一区域的外边缘上还设 有一个以上的第二光源，所述第二摄像头用于对第二光源所发出的光信号进行采集。
[0008] 进一步，所述第一光源为红外LED灯，所述第一摄像头为红外摄像头。
[0009] 进一步，所述第二光源为白光LED灯，所述第二摄像头为可见光摄像头。
[0010] 进一步，所述第一区域为圆形，且第一、第二光源均匀的分布在其圆周的外侧上。
[0011] 本发明一种应用如上所述的三维图像信息采集装置的图像重建方法，包括：
[0012] 对第一摄像头的固有参数进行标定，并对第一光源的主光轴的方向进行估计，从 而得到第一光源坐标；
[0013] 根据第一光源的固有参数，建立发光坐标模型；
[0014] 在将待成像物移至镜面前之后，依次控制每一个第一光源点亮并在预定时长后熄 灭，并在第一光源点亮时，第一摄像头采集经过待成像物反射后的图像信息，得到与第一光 源数量相等的图像信息；
[0015] 将所有图像信息代入第一光源坐标中，得到原始三维图像数据；
[0016] 根据发光坐标模型，对原始三维图像数据中相对应位置的数据进行迭代重建，得 到重建后三维图像数据。
[0017] 进一步，所述依次控制每一个第一光源点亮并在预定时长后熄灭，并在第一光源 点亮时，第一摄像头采集相应的图像信息之后包括：
[0018] 控制所有第二光源一同点亮，并在第二光源点亮时，第二摄像头采集经过待成像 物反射后的图像信息，得到图像中每个坐标点的色彩信息。
[0019] 进一步，所述对原始三维图像数据中相对应位置的数据进行迭代重建，得到重建 后三维图像数据之后包括：
[0020] 将图像中每个坐标点的色彩信息添加至重建后三维图像数据中，使其成为最终三 维图像数据。
[0021 ]进一步，所述将待成像物移至镜面前包括：
[0022] 将待成像物移至镜面前，并使待成像物在镜面中图像完全处于镜面的第一区域 中。
[0023] 进一步，所述根据发光坐标模型，对原始三维图像数据中相对应位置的数据进行 迭代重建，得到重建后三维图像数据包括：
[0024] 获取原始三维图像数据中每个坐标点的入射光方向和强度信息，将发光坐标模型 中每个坐标点的入射光方向和强度信息与原始三维图像数据中每个坐标点进行迭代，得到 重建后三维图像数据。
[0025] 本发明提出了一种基于光度学的精确三维图像信息采集装置及方法，其不需要采 用体积较大、距离较远的平行光源，即可完成精确的3D图像信息重建，从而实现整个装置的 小型化，满足桌面式3D信息采集的需要。整体结构简单、速度快、工作稳定、精度高、体积小 巧的显著优势，可用于人脸、个人物品的快速3D数字化，成本低，能够为普通消费者所接受， 具有广阔的市场前景。
【附图说明】
[0026]为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作详细描述。
[0027]图1为本发明图像信息采集装置的整体结构示意图；
[0028]图2为本发明中LED发光模型一一g随半角变化示意图；
[0029 ]图3为本发明图像重建方法中的重建方案示意图；
[0030] 图4为本发明图像重建方法中的工作流程示意图；
[0031] 图5为本发明图像重建方法中的重建所得坐标与实际坐标转换关系图。
【具体实施方式】
[0032] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用 于限定本发明。
[0033] 请参阅图1，本发明是一种三维图像信息采集装置，包括：
[0034] 一镜面1，所述镜面1的中设有第一区域2,所述第一区域2的中部设有第一摄像头， 所述镜面1上设有第一光源3,所述第一光源3的数量为四个以上，其分布于第一区域2的外 边缘上，且每个第一光源3均为LED灯，所述第一摄像头用于对第一光源3所发出的光信号进 行采集;所述第一光源3与第一摄像头5均与控制单元相接，所述控制单元用于控制每个第 一光源3的在预定时间进行开关和控制第一摄像头5在对应的时间内进行工作。
[0035] 进一步，所述第一区域2的中部还设有第二摄像头6,所述第一区域2的外边缘上还 设有一个以上的第二光源4,所述第二摄像头6用于对第二光源4所发出的光信号进行采集。
[0036] 进一步，所述第一光源3为红外LED灯，所述第一摄像头5为红外摄像头。除了红外 LED灯外，第一光源3还可以采用近紫外光源，红光，绿光，蓝光，白光等光源，本发明优先采 用红外LED灯是因为其可提高整个系统对于环境光线干扰的稳定性，并且可避免可见闪光 对人眼的刺激，利于人脸成像。
[0037]进一步，所述第二光源4为白光LED灯，所述第二摄像头6为可见光摄像头。第二光 源4用于彩色信息的拍摄补光，如果环境光线充分，可选择不打开，而直接以环境光线拍摄。
[0038] 进一步，所述第一区域2为圆形，且第一、第二光源3、4均匀