的分布在其圆周的外侧 上。
[0039] 下面以一具体的实施例对该三维图像信息采集装置的工作过程进行描述：
[0040] 用户调整待成像物7姿态和位置，使得其图像大致处于该第一区域2中时，即可进 行3D拍摄，待成像物7可包括人脸、物品等;然后控制模块控制红外LED灯3依次点亮和熄灭， 红外LED灯3的同时输出第一相机触发信号，由红外摄像头5拍摄此光源照射下的待成像物 7，如采用6个红外LED灯，则拍摄6次;完成后，有控制模块控制可见光白光LED灯4全部点亮， 对待成像物7进行均匀的照射，通过触发可见光摄像头6拍摄彩色图像。本发明可用于人像 和物品的三维立体成像，使用简单便捷。
[0041 ]本发明方案中使用到的几个重要模型：
[0042] 1)朗伯反射模型
[0043]其中Ir表不反射光强，1表不光源出射方向，I L I表不光源出射光强，d表不出射点 到入射点的距离，η则表示物体表面法向。三维建模过程中，朗伯模型是一种常用的反射模 型，本发明亦以此为例进行说明。
[0044] 2)LED光源的发光模型：
[0045]其中Ιο表不主光轴上的出射光强，Ιθ表不为各出射方向1与主光轴成Θ夹角方向的 出射光强，那么9 = arcc〇s(lmain*l)，不同规格的LED其模型亦不同，本发明以此模型为实例 进行说明。其中g随LED有效半角的变化而变化，
g随有效半角 变化趋势如图2所示：
[0046] 3)本发明提出的结合朗伯模型和LED发光模型的复合模型【模型3】结合朗伯模型
与LED发光模型于是，当出射光与主光轴方向的夹角为Θ 时：
$么，进
[0047] 本发明方案中使用的几个重要方法：
[0048] 1)图像坐标转换为相机坐标(也即本例的世界坐标)算法【算法1】假设已知某物体 点在图像中的像素坐标为(u，v)以及相机焦距f，并且该物体点距离相机平面Z0平面的距离 为Dist。那么根据相机透视成像模型：
其中k在一定z向距离范围内可 假设为一个常数，即在图像中像素距离与实际物理距离的放大倍数，假设该物体点对应相 机坐标系的空间坐标为(X。，y。，Z。）。
[0049] 2)计算物体各点入射光方向【算法2】与光源到物体各点距离【算法3】假设物体表
面每点的坐标为，已知每个光源的坐标为 那么每个点的入射光方向为 〇
归一化后得到单位方向向量【算法2】。对 L取模可以得到距离d=|L|【算法3】。各参数在系统中如图3所示。
[0050]请参看图4至图5,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：
[0051 ] 401.标定摄像头，估计主光轴
[0052] 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;摄像头标定参数主要是焦距f，中心点u0，v0以及畸变参数，有了摄像 头标定参数，我们才好建立图像坐标系，有了焦距，我们才好估算实际距离，
[0053] a)首先对相机内部参数进行标定，采用常规方法可获取相机的内部参数，如焦距 F，中心点位置等参数。
[0054] b)如图3,以相机坐标系为世界坐标系，以相机光心为世界坐标系原点，假设单个 LED灯主光轴上的出射光强为1〇,根据LED在装置上与相机的相对位置(初始假设LED主光轴 方向垂直于LED封装平面，而LED模块在整个装置上的姿态、角度是可调和可测量的），可估 测出所有LED相对于相机的大致空间坐标主光轴方向表示第j个LED。
[0055] c)光源坐标及主光轴方向计算与优化：
[0056] 使用一个具有朗伯反射特性的平面物体(如白纸），将其放置在相机前方，姿态垂 直于相机光轴，假设该平面与相机Z0平面的距离为Dist。依次控制LED灯明灭，并利用相机 模块拍摄该平面在不同LED照射下的图像，得到图像P(u，v)。
[0057] 使用以上提及的像素坐标到世界坐标系转换法【算法1】，可求得图像中每个像素 点对应的空间坐标(χ〇,7〇，ζ。）。分别利用光源方向计算法【算法2】与光源物体距离算法【算 法3】，计算每个像素点的光源方向1与该点到光源的距离d。
[0058] 将以上估计与计算所得的主光轴方向各点入射方向1与距离d代入光源方
向复合模§ 【模型3】，可估计该平面法向η。 ?
[0059] 由于已知实验目标为平面，即其上各点法向均相同，当平面垂直于相机光轴时，其 法向均指向相机光轴方向的Ζ的反方向，因此，我们可设置一个最小化能量方程(可对各点 法向η做偏差积分），以初始估计参数为待优化参数，以法向计算均方差最小为目标值，不断 对上述初始估计参数进行优化。当能量方程最小化时表示所求平面最接近于真实平面。此 时估计所得各值接近真实值。
[0060] 其中，待估计参数有，各LED空间坐标(χΚ, Ζ丨)，LED主光轴方向丨
[0061] 402.建立发光坐标模型
[0062]根据第一光源的固有参数，建立发光坐标模型;具体根据所采用的LED型号规格说 明，由LED发光半角值建立发光坐标模型。
[0063] 403.获得多组图像信息
[0064] 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，在待成像物的图像处于第一区域之后，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；
[0065] 下面以6组第一光源为例，进一步对其采集过程进行描述，具体为:通过控制模块 控制6个红外LED灯顺序亮灭，每个灯点亮的同时，触发第一摄像头进行拍摄，这样可以获取 6张分别有6个红外LED照射下的图片，假设物体在这个拍摄时间内保持不动（拍摄6张照片 约0.2-0.3秒，因此这个假设是合理的，即使物体有些许晃动，对整个计算效果影响也不 大），那么每个物体点P(u，v)，我们可以得到其6个不同的亮度值，Ii(i = l-6，i表示图像编 号），在标定步骤中，每个物体点/图像点，我们已经大致估计出其入射光方向值，Li(i = l-6，i表示光源序号，等同于图像序号），入射光的强度值Ei，假设物体表面符合最简单的朗伯 漫反射特性，我们就可以获得I i =Ei . k. n. Li，其中η表示法向，有2个未知数待求，我们有6 组已知数据，因此可以简单的使用线性优化等方法求解法向值η。
[0066] 404.获取色彩信息
[0067] 在第一摄像头采集相应的图像信息之后，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。
[0068] 405.生成原始三维图像数据
[0069]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；
[0070] 406.对三维图像数据迭代重建
[0071]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。在原始三维图像数据中只是大致估计出入射光的方向和强度，因 为LED发光模型中，每个点的入射光方向和强度是与该点在空间中相对于光源的位置和角 度相关的，同样也是和距离相关的，我们是无法预知每个点距离的，因此在步骤40