一种拐角处物体的纹理与三维结构成像方法技术

一种拐角处物体的纹理与三维结构成像方法，其特征在于，包括以下步骤：1)、采集瞬态图像将带激光光源的照相机的激光光源聚焦后照射拐角后的漫反射墙面上任意一点xS，再用带激光光源的照相机采集漫反射墙面的瞬态图像(xS不在相机视野范围内)，得到相机平面上的瞬态图像I(t,u)，其中u为图像坐标；2)、转换坐标：将图像坐标u映射到漫反射墙面上得到点xP，将图像坐标u转换为xP，从而将采集得到的相机平面上的瞬态图像I(t,u)转换为漫反射墙面上的瞬态图像i(t,xp)；本发明专利技术算法简单、实用性强，通过单应变换实现被测物体在不同视角的转换，通过采集瞬态图像能够对拐角处被遮挡、无法直接观测的待测物体进行成像，并且同时能够获得拐角处待测物体的纹理和三维结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种拐角处物体的成像方法，尤其是一种拐角处物体的纹理与三维结构成像方法。
技术介绍
普通相机成像时，依赖环境光源，物体的三维结构投影到成像平面，相机获得物体的平面投影的纹理和颜色。深度相机成像时，采用相机的单色激光光源，通过测量光从相机到物体的飞行时间获得物体表面各点的深度(即正面的三维结构)。拐角物体即被拐角遮挡的物体，由于物体反射的光线不能被相机测量而无法用一般的方法成像。如果拐角后的墙面是镜面时，则可以用普通相机成像，但无法获得物体的三维结构；如果拐角后的墙面是漫反射表面时，则光线经过物体和墙面反射后发生混叠，无法成像。拐角物体成像的基本原理为：拐角物体反射的光线被拐角后的漫反射墙面反射后，用相机采集，测量每条光线的飞行时间，然后采用计算方法分解混叠的光线，从而得到拐角物体表面的范围结构。现有的一些拐角物体成像的方法主要是通过测量拐角物体发出的光线经过拐角处的墙面反射到相机的时间，用几何理论和计算方法解析出光源的位置，从而得到拐角物体的三维结构，这些方法无法同时得到拐角物体的纹理。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种拐角处物体的纹理与三维结构成像方法。本专利技术的技术方案为：一种拐角处物体的纹理与三维结构成像方法，其特征在于，包括以下步骤：1)、采集瞬态图像：将带激光光源的照相机的激光光源聚焦后照射拐角后的漫反射墙面上任意一点xS，再用带激光光源的照相机采集漫反射墙面的瞬态图像(xS不在相机视野范围内)，得到相机平面上的瞬态图像I(t,u)，其中u为图像坐标；2)、转换坐标：将图像坐标u映射到漫反射墙面上得到点xP，将图像坐标u转换为xP，从而将采集得到的相机平面上的瞬态图像I(t,u)转换为漫反射墙面上的瞬态图像i(t,xp)；3)、对于漫反射墙面上每个点xP，其成像方程组为：i(t,xP)＝∫r(x)δ[t-τs(x)-τp(x)-τl(xS)-τc(xP)]dx， τ s ( x ) = 1 c | | x S - x | | 2 + z ( x ) 2 , τ p ( x ) = 1 c | | x P - x | | 2 + z ( x ) 2 , ]]> τ l ( x S ) = 1 c | | x S - x l | | 2 + ( z l ) 2 , τ c ( x p ) = 1 c | | x P - x c | | 2 + ( z c ) 2 , ]]>其中xS为激光光源照射点，xP为瞬态图像映射到漫反射墙面的点，x为拐角后物体表面正交投影到漫反射墙面的点，r(x)为拐角后物体表面正交投影到漫反射墙面的纹理，z(x)为拐角后物体表面相对于漫反射墙面的深度，δ(t)称为狄拉克函数或单位脉冲函数，c为光速，xl和xc分别为激光和相机正交投影到漫反射墙面的点，zl和zc分别为激光和相机相对于漫反射墙面的深度；4)、求解成像方程组，并计算得到r(x)和z(x)。上述技术方案中，步骤1)中采集瞬态图像所用的带激光光源的相机为带飞秒脉冲激光器的超高速扫描相机，或为可变频率的ToF(飞行时间)深度相机。上述技术方案中，步骤2)中所述转换坐标所使用的方法为单应变换，单应变换可以实现拐角处物体在不同视角的图像之间的转换，其数学表达式为：xp＝Hu， x p = x p 1 y p 1 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种拐角处物体的纹理与三维结构成像方法，其特征在于，包括以下步骤：1)、采集瞬态图像：将带激光光源的照相机的激光光源聚焦后照射拐角后的漫反射墙面上任意一点xS，再用带激光光源的照相机采集漫反射墙面的瞬态图像(xS不在相机视野范围内)，得到相机平面上的瞬态图像I(t,u)，其中u为图像坐标；2)、转换坐标：将图像坐标u映射到漫反射墙面上得到点xP，将图像坐标u转换为xP，从而将采集得到的相机平面上的瞬态图像I(t,u)转换为漫反射墙面上的瞬态图像i(t,xp)；3)、对于漫反射墙面上每个点xP，其成像方程组为：i(t,xP)＝∫r(x)δ[t‑τs(x)‑τp(x)‑τl(xS)‑τc(xP)]dx，τs(x)=1c||xS-x||2+z(x)2,τp(x)=1c||xP-x||2+z(x)2,]]>τl(xS)=1c||xS-xl||2+(zl)2,τc(xp)=1c||xP-xc||2+(zc)2,]]>其中xS为激光光源照射点，xP为瞬态图像映射到漫反射墙面的点，x为拐角后物体表面正交投影到漫反射墙面的点，r(x)为拐角后物体表面正交投影到漫反射墙面的纹理，z(x)为拐角后物体表面相对于漫反射墙面的深度，δ(t)称为狄拉克函数或单位脉冲函数，c为光速，xl和xc分别为激光和相机正交投影到漫反射墙面的点，zl和zc分别为激光和相机相对于漫反射墙面的深度；4)、求解成像方程组，并计算得到r(x)和z(x)。...

【技术特征摘要】
1.一种拐角处物体的纹理与三维结构成像方法，其特征在于，包括以下步骤：1)、采集瞬态图像：将带激光光源的照相机的激光光源聚焦后照射拐角后的漫反射墙面上任意一点xS，再用带激光光源的照相机采集漫反射墙面的瞬态图像(xS不在相机视野范围内)，得到相机平面上的瞬态图像I(t,u)，其中u为图像坐标；2)、转换坐标：将图像坐标u映射到漫反射墙面上得到点xP，将图像坐标u转换为xP，从而将采集得到的相机平面上的瞬态图像I(t,u)转换为漫反射墙面上的瞬态图像i(t,xp)；3)、对于漫反射墙面上每个点xP，其成像方程组为：i(t,xP)＝∫r(x)δ[t-τs(x)-τp(x)-τl(xS)-τc(xP)]dx， τ s ( x ) = 1 c || x S - x || 2 + z ( x ) 2 , τ p ( x ) = 1 c || x P - x || 2 + z ( x ) 2 , ]]> τ l ( x S ) = 1 c || x S - x l || 2 + ( z l ) 2 , τ c ( x p ) = 1 c || x P - x c || 2 + ( z c ) 2 , ]]>其中xS为激光光源照射点，xP为瞬态图像映射到漫反射墙面的点，x为拐角后物体表面正交投影到漫反射墙面的点，r(x)为拐角后物体表面正交投影到漫反射墙面的纹理，z(x)为拐角后物体表面相对于漫反射墙面的深度，δ(t)称为狄拉克函数或单位脉冲函数，c为光速，xl和xc分别为激光和相机正交投影到漫反射墙面的点，zl和zc分别为激光和相机相对于漫反射墙面的深度；4)、求解成像方程组，并计算得到r(x)和z(x)。2.根据权利要求1所述的一种拐角处物体的纹理与三维结构成像方法，其特征在于：步骤1)中采集瞬态图像所用的带激光光源的相机为带飞秒脉冲激光器的超高速扫描相机，或为可变频率的ToF(飞行时间)深度相机。3.根据权利要求1所述的一种拐角处物体的纹理与三维结构成像方法，其特征在于：步骤2)中所述转换坐标所使用的方法为单应变换，单应变换可以实现拐角处物体在不同视角的图像之间的转换，其数学表达式为：xp＝Hu， x p = x p 1 y p 1 1 , u = x u 1 y u 1 1 , H = h 11 h 12 h 13 h 21 h 22 h 23 h 31 h 32 h 33 ]]>其中，(xp1,yp1)为点xp的坐标分量，(xu1,yu1)为图像坐标u的坐标分量，H为3×3的非奇异单应矩阵。4.根据权利要求1所述的一种拐角处物体的纹理与三维结构成像方法，其特征在于：步骤4)中计算r(x)和z(x)的步骤为：4.1、离散化成像方程组：x为正整数，t＝τs(x)+τp(x)+τl(xS)+τc(xP), τ s ...

【专利技术属性】
技术研发人员：林靖宇，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45