三维特征信息感测系统及感测方法与流程

本发明涉及一种三维特征信息感测系统及感测方法，尤指一种根据多个不同焦距的二维影像运算出三维特征信息之感测系统及感测方法。

背景技术：

三维扫描仪(3D scanner)是一种用来侦测并分析现实世界中物体或环境形状的装置。搜集到的资料常被用来进行三维重建运算，以建立实际物体的数位模型。三维扫描仪可根据各种不同的感测技术来实现，每种感测技术都有其限制及优缺点。一般而言，三维扫描仪可分为接触式(contact)三维扫描仪与非接触式(non-contact)三维扫描仪两种。接触式三维扫描仪系透过实际触碰物体表面的方式计算物体的形状，而非接触式三维扫描仪系将能量投射至物体，再藉由能量的反射来计算物体的三维特征信息。常见的投射能量有一般的可见光、高能光束、超音波与X射线。

然而，现有技术的三维扫描仪的成本相当高，且现有技术的三维扫描仪需耗费大量时间来扫描物体，以建立实际物体的三维数位模型，因此现有技术的三维扫描仪效率较低。

技术实现要素：

本发明之目的在于提供一种根据多个于不同焦距的二维影像运算出三维特征信息之感测系统及感测方法，以解决现有技术的问题。

本发明三维特征信息感测系统包含一变焦式影像撷取装置，以及一处理单元。该变焦式影像撷取装置系用以于多个焦距对一物件连续撷取多个二维影像。该处理单元系用以移除该多个二维影像之失焦部分及保 留该多个二维影像之对焦部分，且根据该多个二维影像之相对应焦距堆迭该多个二维影像之对焦部分，以产生该物件之三维特征信息。

本发明三维特征信息感测方法包含利用一变焦式影像撷取装置于多个焦距对一物件连续撷取多个二维影像；移除该多个二维影像之失焦部分及保留该多个二维影像之对焦部分；以及根据该多个二维影像之相对应焦距堆迭该多个二维影像之对焦部分，以产生该物件之三维特征信息。

相较于现有技术，本发明三维特征信息感测系统及感测方法系根据多个不同焦距的二维影像运算出物件的三维特征信息，本发明只需要利用变焦式影像撷取装置及适当的处理单元即可对物件进行三维感测，以建立物件的三维数位模型。因此本发明三维特征信息感测系统结构简单，且具有较高的三维感测效率。

附图说明

图1为本发明三维特征信息感测系统的第一实施例的示意图。

图2为图1三维特征信息感测系统感测物件的三维特征信息的示意图。

图3为本发明三维特征信息感测系统的第二实施例的示意图。

图4为本发明三维特征信息感测方法之流程图。

具体实施方式

请参考图1，图1为本发明三维特征信息感测系统的第一实施例的示意图。如图1所示，本发明三维特征信息感测系统100包含一变焦式影像撷取装置110，以及一处理单元120。变焦式影像撷取装置110系用以于多个焦距对一物件连续撷取多个二维影像。处理单元120系电连接于变焦式影像撷取装置110以接收变焦式影像撷取装置110撷取的二维影像，处理单元120并根据变焦式影像撷取装置110撷取的多个二维影像产生物件之三维特征信息。

请参考图2，并一并参考图1。图2为图1三维特征信息感测系统感测物件的三维特征信息的示意图。如图2所示，变焦式影像撷取装置110可于多个焦距(例如焦距f1-f10)对一物件300连续撷取多个(例如10个)二维影像，当处理单元120接收到变焦式影像撷取装置110撷取的多个二维影像后，处理单元120可先移除二维影像之失焦部分及保留二维影像之对焦部分，再根据物件300于二维影像之相对应焦距堆迭多个二维影像之对焦部分，以产生物件300之三维特征信息。举例来说，变焦式影像撷取装置110可从焦距f1至焦距f10连续撷取10个物件300的二维影像，处理单元120再移除各个二维影像中之失焦部分及保留各个二维影像中之对焦部分A1-A10，之后处理单元120再根据二维影像的相对应焦距之间的对焦距离比例堆迭多个二维影像之对焦部分A1-A10，以产生物件300之三维特征信息。如此，处理单元120可以建立物件300之三维数位模型300a。三维数位模型300a虽不具有物件300之实际尺寸信息，但三维数位模型300a具有和物件300相似之尺寸比例。

另一方面，若变焦式影像撷取装置110和承载台310(或物件300底部)沿Z轴方向之距离D1为已知，则处理单元120可进一步利用相机成像原理运算出物件300之其他对焦部份A1-A10和变焦式影像撷取装置110沿Z轴方向之距离D2-D10，如此物件300之三维特征信息可以有更明确之尺寸信息。

另外，处理单元120可进一步根据参考尺寸运算出物件300之对焦部份A1-A10沿X轴方向及Y轴方向之尺寸。举例来说，若承载台310上刻有尺寸刻度，则处理单元120可根据承载台310上的尺寸刻度、距离D1-D10以及对焦部份A1-A10于二维影像中的大小比例，利用三角函数(或者其他类似算式)运算出物件300之对焦部份A1-A10沿X轴方向及Y轴方向之尺寸。

在得到距离D2-D10及对焦部份A、B、C沿X轴方向及Y轴方向之尺 寸后，处理单元120即可运算出物件300之具有实际尺寸的三维特征信息，以建立物件300之实际尺寸的三维数位模型。在上述实施例中，变焦式影像撷取装置110可用更多段之焦距对物件300撷取更多的二维影像，如此处理单元120运算出的物件300之三维特征信息的解析度可以更高，以得到更精确的三维数位模型，且本发明三维特征信息感测系统100可以对形状更复杂之物件进行三维感测。

另一方面，变焦式影像撷取装置110不限于从物件300之末端(或底部)开始撷取二维影像，变焦式影像撷取装置110亦可以从物件300之后方远处开始撷取二维影像，如此可以得到物件300及其周围环境之三维特征信息。

另外，本发明三维特征信息感测系统100可另包含一储存单元130，用以储存物件300之多个二维影像。如此，处理单元120不需在变焦式影像撷取装置110撷取二维影像的同时即时运算出物件300之三维特征信息，处理单元120可以依序分析储存单元130中储存之二维影像以得到物件300的三维特征信息。因此，处理单元120的运算能力需求可进一步降低。再者，物件300之三维特征信息(及三维数位模型)亦可储存于储存单元130中，以供后续资料处理使用。

另一方面，处理单元120可根据变焦式影像撷取装置110撷取的多个二维影像产生一全景深影像资料，且处理单元120可根据物件300于全景深影像资料中相对应焦距之对焦部份及变焦式影像撷取装置110和物件300之距离，运算出该物件300之三维特征信息。全景深影像资料包含多个二维影像中的必要信息，并将多个二维影像中重复的信息简化或删除，如此可以减低处理单元120运算物件300的三维特征信息时之负担。

请参考图3，图3为本发明三维特征信息感测系统的第二实施例的示意图。如图3所示，本发明三维特征信息感测系统200可另包含一距离量测单元140，用以量测变焦式影像撷取装置110和物件之距离。依据上述 配置，三维特征信息感测系统200不需在一预定距离下对物件进行三维特征信息的测量，三维特征信息感测系统200可以根据距离量测单元140量测到的距离，直接对周围不特定距离的物件进行三维特征信息的测量。

请参考图4，图4为本发明三维特征信息感测方法之流程图400。本发明三维特征信息感测方法之流程如下列步骤：

步骤410：利用一变焦式影像撷取装置于多个焦距对一物件连续撷取多个二维影像；以及

步骤420：移除该多个二维影像之失焦部分及保留该多个二维影像之对焦部分；以及

步骤430：根据该多个二维影像之相对应焦距堆迭该多个二维影像之对焦部分，以产生该物件之三维特征信息。

相较于现有技术，本发明三维特征信息感测系统及感测方法系根据多个不同焦距的二维影像运算出物件的三维特征信息，本发明只需要利用变焦式影像撷取装置及适当的处理单元即可对物件进行三维感测，以建立物件的三维数位模型。因此本发明三维特征信息感测系统结构简单，且具有较高的三维感测效率。

以上所述仅为本发明之较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做之均等变化与修饰，皆应属本发明之涵盖范围。