使用成像系统生成成像区域中物体的表面几何信息的方法，该成像系统包括相机和结构光源，该结构光源包括多个光线的源。该方法包括获得包括多个像素的第一图像数据以及获得包括多个像素的第二图像数据，该第一图像数据包括对物体和在物体上入射的第一结构光进行表示的图像数据，该第一结构光包括周期性图案，该图案包括多个图案要素并且具有从所述结构光源投影的第一空间频率；第二图像数据包括对物体进行表示并提供将第二图像数据的多个图像像素中的每个图像像素与所述结构光源的光线相关联的信息的图像数据。基于第二图像数据对第一图像数据进行处理以确定第一图像数据的多个图像像素中的每个图像像素与从所述结构光源投影的第一结构光的所述图案的图案要素之间的关系，并且基于所确定的关系和指示所述相机和所述结构光源的相对空间位置的位置数据来生成物体的表面几何信息。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
根据本专利技术，提供了生成物体的表面几何信息的方法。
技术介绍
在多种不同的应用中需要对物体表面几何的了解。例如，对表面几何的了解可W 用于例如使用=维打印机来创建物体的副本。此外，诸如生物发光断层摄影术炬LT)和扩 散光学断层摄影术值OT)之类的光学成像疗法使用可见光来确定活组织的特性，其允许分 别对结构和功能特征（如组织成分和血氧）的成像，并且该样的光学成像疗法需要对临床 对象的表面几何的了解，W便对光与临床对象之间的交互进行建模。 可W使用辅助医学成像疗法（例如计算断层摄影术（CT)或磁共振成像（MRI))来 确定临床对象的表面几何，然而该样的辅助医学成像疗法需要昂贵的设备，并且由于成本 的原因，使用该种疗法通常是受到限制的。 已经提出了各种其它表面几何捕捉方法。例如，扫描光检测和测距（LIDAR)系统 测量光从被测量物体传播到检测器所花费的时间并且将所花费的时间转换为距离。然而， 该样的系统需要移动部件W使光源能够扫描物体，并且由于难W正确测量光在短距离上飞 行的时间，当测量位于相对短距离上的物体时，通常具有较差的精度。 诸如摄影术之类的其它技术需要从不同视点捕捉的多个图像，使得可W基于图像 和对捕捉每个图像所使用的视点的了解来执行=角测量。该样的方法受限于对成像设备的 移动的要求或者对多个成像设备的使用。 条纹投影轮廓测定法使用标准设备（具体是相机和结构光源，结构光可W被投影 到物体上）来生成物体的表面几何。当结构光源从不同的位置成像时，结构光在物体的表 面呈现变形。可W对结构光的变形进行分析W提取空间坐标。该样，条纹投影轮廓测定法 提供了可W在没有专用设备的情况下廉价执行的成像技术。 该种方法通常使用傅立叶滤波和基于相量（phasor)的技术从通过使用物体上入 射的结构光而获得的图像数据中提取相位信息。由于投影在物体上的结构光的周期性性 质，该样的技术不能够唯一地提取相位信息，并且相位信息必须是"解卷绕（unwrapped)" 的，W去除其中错误分配相位值的相位卷绕（phasewrapping)事件。[000引经常可W通过识别在相邻的像素中像素值由接近n变为接近-JT或者相反的情 况来确定相位卷绕事件。一旦识别出该样的相位卷绕事件，可W选择基准像素，针对该基准 像素，假设没有出现相位卷绕并且可W将偏移添加到像素值W校正由相位卷绕导致的丢失 的2JT的倍数。该校正使用解卷绕的像素值W迭代方式对相邻像素值的相位进行解卷绕。 然而，由于难从隐相位卷绕事件与合理的相位巨大变化相区分，该样的方法是有问题的，由 于仪器测量噪声的存在，该变得更加复杂。此外，物体的特性可W导致不能与相位卷绕事件 相区分的相邻值之间的相位变化。由于解卷绕处理的迭代性质，出现的任何误差可能在图 像中传播，导致输出数据中的进一步误差。 此外，因为与使用条纹投影轮廓测定法所生成的处理数据相关联的问题，成像设 备布置通常受到限制。该样的成像设备布置限制提供了与可w获得的图像数据相关的各种 限制。 因此，需要确定用于使用标准设备（例如，在条纹投影轮廓测定法中使用的标准 设备）来生成表面几何数据的增强成像方法。
技术实现思路
根据本专利技术第一方面，提供了使用成像系统来生成成像区域中物体的表面几何信 息的方法，该成像系统包括相机和包括多个光线源在内结构光源。该方法包括：获得包括多 个像素的第一图像数据，该第一图像数据包括对物体和物体上入射的第一结构光进行表示 的图像数据，该第一结构光包括周期性图案，该周期性图案包括多个图案要素并且具有从 所述结构光源投影的第一空间频率；获得包括多个像素的第二图像数据，第二图像数据包 括对物体进行表示并提供将第二图像数据的多个像素中的每个像素与所述结构光源的光 线相关联的信息的图像数据；基于第二图像数据对第一图像数据进行处理W确定第一图像 数据的多个像素中的每个像素与从所述结构光源投影的第一结构光的图案要素之间的关 系；W及基于所确定的关系和位置数据来生成所述物体的表面几何信息，该位置数据指示 所述相机和所述结构光源的相对空间位置。 如上所述获得的表示物体和在物体上入射的第一结构光的第一图像数据包含当 确定物体形状时有用的信息，然而该信息中的一些包含不定性。通过基于第二图像数据来 处理第一图像数据（该第二图像数据提供将图像像素与由结构光源生成的在物体上入射 的光线相关联的信息），可W用提供准确信息的方式来化解信息中的不定性。本专利技术人已经 意识到：与现有技术中的成像系统不同，通过W该种方式对基于成像系统组件的相对空间 位置进行指示的位置数据来处理第一图像数据而生成的数据进行处理，允许在不要求组件 位置限制的情况下生成物体的表面几何信息。该方法允许在完全灵活的系统组件布置中使 用容易W相对低成本获得的普通产品（commoditypro化ct)来生成高质量S维表面信息。 成像系统还包括位于成像区域中的至少一个反射表面，其中每个图像数据还包括 表示从所述至少一个反射表面反射的物体的图像数据。该反射表面可W大体上是平面反射 表面。 与现有技术方法不同，本专利技术允许系统组件的任意布置。例如，生成表面几何的 一些现有技术方法需要组件W交叉轴配置来布置，在该交叉轴配置中，相机和投影仪光瞳 (pupil)位于与平台相平行的平面中，在该平台上放置将要成像的物体。在该样的现有技术 方法中，对反射表面的包括是有问题的，因为反射的图像数据和虚拟相机位置并不满足交 叉轴配置，并且使得为了能够处理图像数据所需要的假设无效。 具体地，本专利技术人已经意识到：由于通过W下两种方式的结合而允许的系统组件 布置灵活性的提高，反射表面可W位于成像区域中W使得所述物体的视野增加或最大化， 其中，在第一种方式中，生成第一图像数据的图像像素与结构光图案的图案要素之间的关 系，并且在第二种方式中，对该关系进行处理W生成表面几何信息。在此之前，现有技术没 有提供允许对从成像区域中的反射表面反射的图像数据进行有效建模的必要的系统灵活 性。 生成所述物体的表面几何信息可W包括将对从所述至少一个反射表面反射的物 体进行表示的图像数据与对直接成像的物体进行表示的图像数据加w组合。该组合可w包 括；生成指示虚拟相机位置的位置数据，该虚拟相机位置与所述至少一个反射表面中的每 一个相关联；W及基于指示虚拟相机位置的位置数据与指示所述相机和所述结构光源的相 对空间位置的位置数据将图像数据加W组合。该方法还可W包括生成位置数据。 基于所确定的关系W及指示相机与结构光源的相对空间位置的位置数据来生成 物体的表面几何信息一般是基于通用系统几何模型。在通用几何方法中，基于几何模型来 生成表面几何信息，在该几何模型中，对系统组件的相对位置进行建模，并且模型与解卷绕 的相位在生成表面几何信息时使用。具体地，通用几何模型可W将投影图案建模为空间中 从与投影仪相关联的光瞳投影的连续场，并且可W将相机建模为光瞳，且从相机光瞳射出 的光线导致成像的像素。 包括多个图案要素的第一图案可W是正弦曲线图案。第一图像数据可W包括对物 体和在多个偏移或相位处入射到物体上的第一结构光进行表示的图像数据。例如，可W通 过将物体的多个图像组合来生成第一图像数据，在该多个图像中，第一结构光本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种使用成像系统来生成成像区域中物体的表面几何信息的方法，所述成像系统包括相机和结构光源，所述结构光源包括多个光线的源，所述方法包括：获得包括多个像素的第一图像数据，所述第一图像数据包括对所述物体和在物体上入射的第一结构光进行表示的图像数据，所述第一结构光包括周期性图案，所述周期性图案包括多个图案要素并具有从所述结构光源投影的第一空间频率；获得包括多个像素的第二图像数据，所述第二图像数据包括对所述物体进行表示并提供将所述第二图像数据的多个图像像素中的每个图像像素与所述结构光源的光线相关联的信息的图像数据；基于所述第二图像数据对所述第一图像数据进行处理，以确定所述第一图像数据的多个图像像素中的每个图像像素与从所述结构光源投影的第一结构光的所述图案的图案要素之间的关系；以及基于所确定的关系与指示所述相机和所述结构光源的相对空间位置的位置数据来生成所述物体的表面几何信息。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：赫克托·理查德·亚伯拉罕·巴塞维，詹姆斯·安德鲁·古根海姆，阿米德·德加尼，伊恩·布鲁斯·斯泰尔斯，
申请(专利权)人：伯明翰大学，
类型：发明
国别省市：英国;GB
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