一种基于光度立体视觉的视觉系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于光度立体视觉的视觉系统，包括：光斑发生器，所述光斑发生器能够投射密集的斑点；至少3个LED，所述至少3个LED的每一个形成一个点光源；两个相机，所述两个相机构成一对立体相机；和控制电路，所述控制电路分别与光斑发生器、至少3个LED和两个相机通信连接，以控制：所述光斑发生器投射密集的斑点；所述至少3个LED相继被点亮，且在同一时间只有一个LED被点亮；所述两个相机被同时触发以采集在光斑发生器照射下的物体表面的图像；和所述两个相机中的一个被触发以采集在LED照射下的物体表面的图像。本实用新型专利技术的视觉系统体积小，且有快速测量模式和精确测量模式。

A visual system based on photometric stereo vision

The utility model discloses a visual system based on photometric stereo vision, including: a spot generator, the spot generator can project dense spots; at least 3 LED, each of at least 3 LED forms a point source; two cameras, and two cameras form a pair of stereoscopic cameras; and control circuits, The control circuit is connected to the spot generator, at least 3 LED and two cameras, respectively, to control: the spot generator projecting a dense spot; at least 3 LED are lighted one after another and only one LED at the same time is lit; the two cameras are simultaneously triggered to capture the exposure of the spot generator. An image on the surface of the object; and one of the two cameras is triggered to collect images on the surface of the object irradiated by LED. The visual system of the utility model has a small volume, and has a fast measuring mode and an accurate measuring mode.

【技术实现步骤摘要】
一种基于光度立体视觉的视觉系统
本技术涉及光学三维测量领域，尤其涉及一种基于光度立体视觉的视觉系统。
技术介绍
三维重建技术在三维建模、逆向工程、3D打印、人体测量、人机交互、电影和动画制作等方面具有广泛的应用。基于正弦条纹的系统，具有很高的测量精度，但成本高，因此难以在消费级应用中使用。近年来，廉价的三维成像传感器(如Kinect)使得3D数据获取的成本大大降低，但这些廉价的传感器精度很有限，不能直接得到高精度的三维重建。目前为了提高三维重建的精度，一类方法是对多点观测的三维点云进行加权平均，另一类方法是与其他类型的三维重建方法进行融合，如光度立体视觉方法、从明暗恢复形状的方法等。其中，经典的光度立体视觉方法利用同一个相机拍摄的3张不同光照条件下的图像，可以计算出被测物体表面的法线方向。光度立体视觉方法能够很好地重建表面的高频细节，但得到的结果容易出现低频的畸变。并且光度立体视觉方法大部分还处于实验室研究阶段，对使用的条件要求非常严格。此外，基于点光源的光度立体视觉系统比基于平行光的立体视觉系统具有更加紧凑的结构，但为了保证法线方向估计的精度，各个点光源之间需要保持着较大的间距，这就使得立体视觉系统的体积较大。有的立体视觉方法假设目标表面具有均匀的反射率，对具有均匀反射率的目标重建效果很好，但不适用于具有多反射率的目标。而在实际应用环境中，具有多反射率的目标是很常见的。并且有些对传感器尺寸很敏感的产品，比如手机，其希望搭载或外挂的3D传感器的尺寸越小越好。
技术实现思路
为了解决以上技术问题，本技术提出了一种可以结合光度立体视觉和传统立体视觉的视觉系统，该系统可以有快速测量模式和精确测量模式两种模式，并且，该系统中点光源之间的距离可以很小，这就使得本技术的系统体积可以做到很小，从而具备良好的便携性和实用性。本技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一种基于光度立体视觉的视觉系统，所述视觉系统包括如下装置：光斑发生器，所述光斑发生器能够投射密集的斑点；至少3个LED，所述至少3个LED的每一个形成一个点光源；两个相机，所述两个相机构成一对立体相机；和控制电路，所述控制电路分别与光斑发生器、至少3个LED和两个相机通信连接，以控制：所述光斑发生器投射密集的斑点；所述至少3个LED相继被点亮，且在同一时间只有一个LED被点亮；所述两个相机被同时触发以采集在光斑发生器照射下的物体表面的图像；和所述两个相机中的一个被触发以采集在LED照射下的物体表面的图像。作为本技术上述技术方案的可选方案，所述视觉系统还包括封装外壳，光斑发生器和两个相机嵌入在封装外壳的同一表面且光斑发生器位于该表面的中心位置。作为本技术上述技术方案的可选方案，所述两个相机对称地固定在光斑发生器的两侧。作为本技术上述技术方案的可选方案，LED为3个或4个。作为本技术上述技术方案的进一步改进，所述视觉系统还包括与LED数量相同的多个旋转臂，其中多个旋转臂的一端分别固定有一个LED，多个旋转臂的另一端以光斑发生器为中心对称地枢轴连接于封装外壳上。作为本技术上述技术方案的进一步改进，所述多个旋转臂的长度小于封装外壳长轴的一半。作为本技术上述技术方案的进一步改进，所述封装外壳为六面体，且在连接旋转臂的位置处均设置有长条形凹槽。作为本技术上述技术方案的进一步改进，所述视觉系统中的光斑发生器为近红外光斑发生器，和/或两个相机为近红外相机。作为本技术上述技术方案的可选方案，所述视觉系统还包括数据处理单元，所述数据处理单元对两个相机采集的图像进行处理和分析。本技术相对现有技术具有如下有益的技术效果：在本技术的一种基于光度立体视觉的视觉系统中，首先，控制电路可以控制光斑发生器投射密集的斑点，之后控制两个相机被同时触发以采集在光斑发生器照射下的物体表面的斑点图像，从而可以通过对这对斑点图像进行处理以得到被测物体的初始深度像；其次，控制电路可以控制至少3个LED相继被点亮，且在同一时间只有一个LED被点亮，同时控制所述两个相机中的一个被触发以分别采集在单个LED照射下的物体表面的至少三幅图像，从而通过对这至少三幅图像进行处理以得到被测物体表面的法线方向，并通过融合被测物体的初始深度像和法线方向可以得到优化的深度像。也就是说，本技术的立体视觉系统可以有两种模式，一种是快速测量模式，即只利用控制电路控制光斑发生器和一对立体相机得到被测物体的初始深度像，另一种是高精度测量模式，即利用控制电路分别控制光斑发生器、一对立体相机和至少三个LED得到被测物体优化后的高精度深度图像。用户可以根据实际需要而任意选择两种模式。在本技术的一种基于光度立体视觉的视觉系统中，视觉系统可以包括与LED数量相同的多个旋转臂，且多个旋转臂的其中一端枢轴连接于封装外壳上，则多个旋转臂可以绕各自的枢轴中心旋转，从而使本技术的立体视觉系统在第一种快速测量模式下，多个旋转臂可以尽量贴近本系统使得系统保持更小的体积，而在第二种高精度测量模式下，多个旋转臂可以展开使得LED之间有更大的间距从而得到更好的视觉测量效果。在本技术的一种基于光度立体视觉的视觉系统中，封装外壳上连接旋转臂的位置处均设置有长条形凹槽，这样使得旋转臂旋转贴近视觉系统时可以被容纳在凹槽内，从而使得本技术的视觉系统的结构更加紧凑，从外表上看也更加美观。附图说明图1为本技术一种基于光度立体视觉的视觉系统的另一个实施例的系统具体结构示意图；图2为上述实施例中系统的旋转臂展开时的具体结构示意图；图3为本技术一种基于光度立体视觉的视觉系统的另一个实施例的系统具体结构示意图；图4为上述实施例中系统的旋转臂展开时的具体结构示意图。具体实施方式以下结合附图对本技术的各个实施例作进一步详细地说明。根据本技术的一方面，一种基于光度立体视觉的视觉系统的一个实施例，所述视觉系统可以包括如下装置：光斑发生器10，所述光斑发生器10能够投射密集的斑点；至少3个LED，所述至少3个LED的每一个形成一个点光源；两个相机31、32，所述两个相机31、32构成一对立体相机；和控制电路，所述控制电路分别与光斑发生器10、至少3个LED和两个相机31、32通信连接，以控制：所述光斑发生器10投射密集的斑点；所述至少3个LED相继被点亮，且在同一时间只有一个LED被点亮；所述两个相机31、32被同时触发以采集在光斑发生器10照射下的物体表面的图像；和所述两个相机31、32中的一个被触发以采集在LED照射下的物体表面的图像。作为本技术上述实施例的优选实施方式，所述视觉系统还包括封装外壳50，光斑发生器10和两个相机31、32嵌入在封装外壳50的同一表面且光斑发生器10位于该表面的中心位置。优选地，所述两个相机31、32对称地固定在光斑发生器10的两侧。当然，根据实际测量需要，两个相机31、32也可以不对称地固定在光斑发生器10的两侧，只要两个相机31、32能够同时拍摄到光斑发生器10照射下的物体表面的图像即可，这样便可以根据立体视觉测量领域中常用的立体视觉匹配方法，例如，极线约束方法，得到被测物体的初始深度像。在封装外壳50的内部，两个相机31、32可以固定安装在刚性的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光度立体视觉的视觉系统，其特征在于，所述视觉系统包括如下装置：光斑发生器，所述光斑发生器能够投射密集的斑点；至少3个LED，所述至少3个LED的每一个形成一个点光源；两个相机，所述两个相机构成一对立体相机；和控制电路，所述控制电路分别与光斑发生器、至少3个LED和两个相机通信连接，以控制：所述光斑发生器投射密集的斑点；所述至少3个LED相继被点亮，且在同一时间只有一个LED被点亮；所述两个相机被同时触发以采集在光斑发生器照射下的物体表面的图像；和所述两个相机中的一个被触发以采集在LED照射下的物体表面的图像。

【技术特征摘要】
1.一种基于光度立体视觉的视觉系统，其特征在于，所述视觉系统包括如下装置：光斑发生器，所述光斑发生器能够投射密集的斑点；至少3个LED，所述至少3个LED的每一个形成一个点光源；两个相机，所述两个相机构成一对立体相机；和控制电路，所述控制电路分别与光斑发生器、至少3个LED和两个相机通信连接，以控制：所述光斑发生器投射密集的斑点；所述至少3个LED相继被点亮，且在同一时间只有一个LED被点亮；所述两个相机被同时触发以采集在光斑发生器照射下的物体表面的图像；和所述两个相机中的一个被触发以采集在LED照射下的物体表面的图像。2.根据权利要求1所述的一种基于光度立体视觉的视觉系统，其特征在于，所述视觉系统还包括封装外壳，光斑发生器和两个相机嵌入在封装外壳的同一表面且光斑发生器位于该表面的中心位置。3.根据权利要求2所述的一种基于光度立体视觉的视觉系统，其特征在于，所述两个相机对称地固定在光斑发生器的两侧。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱宪伟，徐玉华，童宸鹏，陈东，
申请(专利权)人：深度创新科技深圳有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44