专利名称：一种投影重建的系统和方法
技术领域：
本发明涉及三维立体图像重建技术，更具体地说，涉及一种投影重建的系统和方 法。
背景技术：
点云数据是利用三维扫描设备对物体表面投影进行直接采样而得到的点，这些 点是三维模型投影最初的，也是最直接的表示。通过分析点云数据，可以对模型的几何投影 进行重建。物体点云获取的方法很多，常见的方法有利用结构光图像信息来获取点云数据， 也有采用双目可见光图像信息来获取数据。现有基于散斑的方法投影出来的散斑结构光进 行三维重建的方法，其散斑图案在其图案生成器中固定没有变化，图像传感器必须扫描到 整个散斑图案所在的目标区域，才能获取散斑尺寸，同时由于散斑的特点，对图像传感器的 设备要求较高，且设备的灵活性较差。此外，在使用结构光投影的三维重建技术中，对环境的要求比较严格，很容易受到 背景光线的干扰，使重建出现错误。所以目前大多数的结构光投影重建只能使用在小范围 内使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有基于散斑的方法投影出来的散斑结构光 固定不变从对图像传感器的设备要求较高且易受背景光线干扰的缺陷，提供一种可以根据 需要控制镜面反射装置，从而生成适于测量对象的结构光图案，并同步控制图像传感器对 所需的区域进行重复曝光的投影重建的系统和方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种投影重建的系统，包括 投影单元，包括光源和镜面反射装置，所述镜面反射装置用于通过调整镜面姿态，将所述光 源发出的光线反射到目标区域形成预设的结构光图案；图像传感器，用于逐步曝光以拍摄 所述目标区域内至少部分区域的结构光图案的投影图像；同步控制单元，用于控制所述图 像传感器连续两小帧图像的曝光区域至少部分重叠，且所述重叠部分与所述镜面反射装置 反射的结构光的投影区域同步；以及数据处理单元，与所述图像传感器连接，实时接收所述 结构光图案的投影图像，对投影图像中的多个小帧图像进行差分处理后得到去除背景光的 投影图像，并获取所述投影图像和预先拍摄的基准图像中的结构光图案位移值，计算出所 述目标区域内物体的三维点云数据。在本发明所述的投影重建的系统中，所述光源采用点光源时，所述镜面反射装置 采用二维振镜，生成的结构光图案为线阵状图案或点阵状图案；所述光源采用线光源时，所 述镜面反射装置采用一维振镜，生成的结构光图案为线阵状图案。在本发明所述的投影重建的系统中，所述一维振镜或二维振镜采用MEMS振镜。在本发明所述的投影重建的系统中，所述数据处理单元包括图像差分模块、图像整合模块和投影重建模块；所述图像差分模块将连续两小帧图像中分别在同一投影区域拍 摄的部分图像进行差分，得到该投影区域的去除背景光后的小帧图像；所述图像整合模块 将经过图像差分模块处理的所述多个小帧图像组合后得所述目标区域内至少部分区域的 投影图像；所述投影重建模块获取所述投影图像和预先拍摄的基准图像中的结构光图案位 移值，计算出所述目标区域内物体的三维点云数据。 在本发明所述的投影重建的系统中，所述镜面反射装置采用一维振镜生成线阵状 的结构光图案时，所述数据处理单元通过以下公式计算结构光图案位移值为Δ石的目标点 的距离Z ；
权利要求
1.一种投影重建的系统，其特征在于，包括投影单元，包括光源和镜面反射装置，所述镜面反射装置用于通过调整镜面姿态，将所 述光源发出的光线反射到目标区域形成预设的结构光图案；图像传感器，用于逐步曝光以拍摄所述目标区域内至少部分区域的结构光图案的投影 图像；同步控制单元，用于控制所述图像传感器连续两小帧图像的曝光区域至少部分重叠， 且所述重叠部分与所述镜面反射装置反射的结构光的投影区域同步；数据处理单元，与所述图像传感器连接，实时接收所述结构光图案的投影图像，对投影 图像中的多个小帧图像进行差分处理后得到去除背景光的投影图像，并获取所述投影图像 和预先拍摄的基准图像中的结构光图案位移值，计算出所述目标区域内物体的三维点云数 据。
2.根据权利要求1所述的投影重建的系统，其特征在于，所述光源采用点光源时，所述 镜面反射装置采用二维振镜，生成的结构光图案为线阵状图案或点阵状图案；所述光源采 用线光源时，所述镜面反射装置采用一维振镜，生成的结构光图案为线阵状图案。
3.根据权利要求2所述的投影重建的系统，其特征在于，所述一维振镜或二维振镜采 用MEMS振镜。
4.根据权利要求2所述的投影重建的系统，其特征在于，所述数据处理单元包括图像 差分模块、图像整合模块和投影重建模块；所述图像差分模块将连续两小帧图像中分别在同一投影区域拍摄的部分图像进行差 分，得到该投影区域的去除背景光后的小帧图像；所述图像整合模块将经过图像差分模块处理的所述多个小帧图像组合后得所述目标 区域内至少部分区域的投影图像；所述投影重建模块获取所述投影图像和预先拍摄的基准图像中的结构光图案位移值， 计算出所述目标区域内物体的三维点云数据。
5.根据权利要求2所述的投影重建的系统，其特征在于，所述镜面反射装置采用一维 振镜生成线阵状的结构光图案时，所述数据处理单元通过以下公式计算结构光图案位移值 为Δ毛的目标点的距离ζ ；其中，5为图像传感器与振镜装置的中心的距离，/为所述图像传感器的设备镜头焦 距，Z为选取的基准图像所在的标准平面的距离。
6. 一种投影重建的方法，其特征在于，包括以下步骤s1、通过控制镜面反射装置，将光源发出的光线反射到目标区域并形成预设的结构光 图案；s2、利用图像传感器逐步曝光以拍摄所述目标区域内至少部分区域的结构光图案的投 影图像，且控制所述图像传感器连续两小帧图像的曝光区域至少部分重叠，且所述重叠部 分与所述镜面反射装置反射的结构光的投影区域同步；S3、实时接收所述结构光图案的投影图像，对投影图像中的多个小帧图像进行差分处 理后得到去除背景光的投影图像，并获取所述投影图像和预先拍摄的基准图像中的位移 值，计算出所述目标区域内物体的三维点云数据。
7.根据权利要求6所述的投影重建的方法，其特征在于，所述步骤Sl中所述光源采用 点光源时，所述镜面反射装置采用二维振镜，生成的结构光图案为线阵状图案或点阵状图 案；所述光源采用线光源时，所述镜面反射装置采用一维振镜，生成的结构光图案为线阵状 图案。
8.根据权利要求7所述的投影重建的方法，其特征在于，所述步骤Sl中所采用的一维 振镜或二维振镜为MEMS振镜。
9.根据权利要求7所述的投影重建的方法，其特征在于，所述步骤S3中。
10.根据权利要求7所述的投影重建的方法，其特征在于，所述步骤Sl中所采用的镜面 反射装置为一维振镜生成线阵状的结构光图案时，所述步骤S3中通过以下公式计算结构 光图案位移值为Δ石的目标点的距离ζ ；
全文摘要
本发明涉及一种投影重建的系统和方法，所述系统包括投影单元，包括光源和镜面反射装置，用于在目标区域形成预设的结构光图案；图像传感器，用于逐步曝光以拍摄目标区域内至少部分区域的结构光图案的投影图像；同步控制单元，用于控制图像传感器连续两小帧图像的曝光区域至少部分重叠，且所述重叠部分与镜面反射装置反射的结构光的投影区域同步；以及数据处理单元，实时接收并对投影图像中的多个小帧图像进行差分处理后得到去除背景光的投影图像，并计算三维点云数据。本发明可以根据需要在目标区域内投射出预设的结构光图案，并控制图像传感器有偏移地曝光以去除背景光提高精度，从而计算出目标区域内物体的三维深度数据实现投影重建。
文档编号G06T17/00GK102074045SQ20111002999
公开日2011年5月25日 申请日期2011年1月27日 优先权日2011年1月27日
发明者吴迪, 师丹玮, 谢琪, 赵勇胜, 陈俊, 陈 光, 黄国君, 黄永春 申请人:深圳泰山在线科技有限公司