制作包含深度信息的图像的方法和装置制造方法及图纸

一种制作包括深度信息的物体图像的方法，包括下列步骤：用来自照明装置的周期图样的光照射物体；该照明装置使得图样在焦平面上对焦，而离开所述焦平面逐渐散焦；放置物体，使其不同部分到焦平面的距离；从被这样照射的物体捕捉图像数据；分析捕捉的图像数据，基于图样的散焦程度，提取深度信息；以及，显示没有图样但具有深度信息的物体图像。执行该方法的装置，包括：照明装置，用来以周期图样的光照射物体；该照明装置使得图样在焦平面对焦，而离开所述焦平面逐渐散焦；物体可相对于照明装置被定位，以便其不同部分到焦平面的距离不同；图像数据捕捉装置，用来从被这样照明的物体来捕捉图像数据；数据分析装置，用来分析捕捉的图像数据，基于图样的散焦程度来提取深度信息；以及图像显示装置，用于显示没有图样但具有深度信息的物体图像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及制作包含深度信息的图像，即，主要涉及一个物体的图像的产生，其中包括到成像物体部分的图像的观察者的距离信息。
技术介绍
包含深度信息的图像包括从单个观察点产生的屏蔽图像；从两个或更多个观察点产生的角复合图像(angular-composition image)，这两个或更多个观察点关于单个轴的物体的角定向不同；从三个或更多个观察点产生的完全三维图像，这三个或更多个观察点关于至少两个正交轴的物体的角定向不同。比方说，人的头部图像的任何三维表示例如可以是浮雕，或通过激光产生的点应变(point strains)的头部形状的玻璃或透明塑料的透视图，其在照射下是可以看到的亮点。然而，那些图像中的任何二维表示(例如在视频屏幕上的二维显示)可具有图像深度信息，通过操纵图像(例如通过旋转)，可觉察到该深度信息，或者，如果在整体成像的情形下通过一个装置如解码屏幕，它也可被观察到，或者，分开从相邻有利点(vantage points)获取的两个二维图像，模拟双眼观察，一个图像由每只眼睛观察。这里所使用的术语“深度成像”是指产生具有深度信息的图像，无论是否被实际显示，但至少具有被显示的可能性，或用于产生可被看作是一个物体的二维或三维表示的某些特征，因而包括捕捉信息的过程，其中包含物体的深度信息，以及对该信息的处理，使之达到可用于产生图像的程度。在US-A-4657394中公开的用于深度成像的方法，包括利用由光栅产生的一束光照亮一个物体，该束光具有正弦变化的强度图样。其将平行的明暗条图样投射到物体上。当从偏移的位置观察时，这些条是变形的。随着物体的旋转，利用线列相机形成一系列图像。每个图像将是不同的，从不同的图像，根据程序化到计算机中的算法，通过三角测量来计算物体表面上的每个点的三维位置。其它采用从多个图像的三角测量的深度测定方法已在DE-A-19515949、DE-A-4416108、JP-A-4416108和US-A-5085502中被公开。这些方法涉及到昂贵的设备，很难实现，并且要花费很长时间，通常大约需要一个小时。本专利技术提供非常快速的、使用经济设备的方法，具体来说，它可以连接作为桌面深度成像设备的个人计算机。
技术实现思路
本专利技术包括一种制作包括深度信息的物体图像的方法，该制作方法包括下列步骤-用来自照明装置的周期图样的光照射物体；-该照明装置使得图样的焦点在焦平面上对准，当离开所述焦平面时逐渐散焦；-放置该物体，使其不同部分到焦平面的距离不同；-从被这样照射的物体捕捉图像数据；-分析捕捉的图像数据，基于图样散焦的程度，提取深度信息；以及-显示没有图样而具有深度信息的物体图像。该图像可以是屏蔽图像。图像数据可在单个的图像中被捕捉。图像可以是角复合图像，然后数据可在至少两个屏蔽图像中被捕捉，这两个图像关于一个单轴的物体的角定向不同，该轴和物体与照明装置之间的一条线在顶部正交。图像可以是3D图像。然后，图像数据可在至少三个屏蔽图像中被捕捉，这三个图像关于至少两个轴的物体的角定向不同，这些轴和连接物体与照明装置的一条线正交。物体可以这样来放置，使其不与焦平面相交，并且可以这样来放置，使其位于距离照明装置的散焦变化率最大的区域内，和/或位于距离照明装置的散焦变化率相当恒定的区域内。通过捕捉对应于物体上的异相光图样的图像数据，和从没有图样的被照明物体捕捉图像数据，可从图像中移除图样。图样可具有交替的明暗线。期望的是，物体上的图样没有完全未被照明的区域，基本上没有信息可从未被照明的区域收集，并且当然期望物体的大部分不应是完全吸收光的。图样可通过一个光栅来生成，其可具有等间距的明暗平行线。在利用结构式光源的3D测量领域中，将光栅图像投射到3D物体上以产生复合图像的概念是公知的。这里，3D物体的形状以这样一种方式使光栅变形，使得可利用三角测量方法(例如WO 00/70303)计算该形状。这些方法要求成像设备以与投射设备成一个角度来放置。在这些测量法中，当光栅的周期性损失(loss in the periodicity)发生时，光栅的变形使光栅的移除非常困难。因此，深度被恢复，但纹理映射要求没有光栅存在的图像。在共焦显微术
中，在物体上投射栅格图像也是公知的。这里，光栅仅具有较窄深度的焦距，用出现的光栅图像来定位物体那些部分的深度，这些部分与光栅图像位于相同的焦平面(例如WO98/45745)。这里，通过一种相位步进方法来移除栅格。简单地说，该技术需要至少三个相位步进复合图像，如果相位步进设置在120度，则数学处理被简化。第二个实例(DE 199 30 816)使用类似的相位步进方法。在该情形下，以90度的间隔使用四步。实际上，执行只利用两步的类似相位步进方法也是可以的。在这种情况下，复合图像的部分中光栅图像的各部分可能不会被完全移除。除了相位步进之外，可使用相关方法来从复合图像中去除光栅图像。信号和图像的统计分析中相关函数的使用是普遍的。相关分析的精确性取决于可用的图像数据，具体是1、对光栅图像形状的认识，如正弦波2、对光栅图像周期和振幅的认识3、对复合图像中的函数的位置的认识4、对宽区域图像的认识，即无光栅的图像当光栅和宽区域图像都已知时，可完全移除光栅，可以像素级获得深度信息。当只有较少的信息时，可能需要周期地恢复深度和纹理信息。散焦程度可基于图样的一条线的宽度或基于图样的调制对比度来计算。散焦光学系统的频率响应最早是由H.H.Hopkins(Proc.Roy.Soc.A231，3，1955)被说明。其中描述了散焦函数及其对图像和光学特性的依赖。简单地说，通过对与物体每个点相关联的衍射图像的强度分布积分，可获得图像平面上的强度分布。对于简单的物体(线性光栅)散焦函数(D)(也叫做光学传递函数和模变换函数)可被解析计算，并通常以通用频率函数(s)来表达。通过定义，‘s’与镜头的光圈成反比，与光栅的间距成正比。实际上，这被看作是精细结构，只显示较短深度的焦距，然而，小光圈给出较大深度的焦距。在知道基本光学参数的情况下，对于单独的光学系统，可绘制出D(s)对s的图形。可以看出，函数在值0.8与0.2之间显示出大部分的线性区域。当从散焦函数计算出深度距离时，这是很有利的。P.A.Stokseth给出了散焦函数的进一步说明(J.Opt.Soc.Am.59#10，1314 1969)。其中利用衍射和几何光学理论分析计算散焦函数。此外，还给出了经验论述。示出的散焦函数相对于焦平面(球)的每侧都是不对称的，在焦平面后面观察到的散焦深度较长。图像可通过平行扫描线被扫描，它们平行于图样的线或与图样的线成角度；平行扫描线可与图样的线垂直。屏蔽图像数据可包括像素图像数据，其可在像素乘像素的基础上被分析。图像捕捉可通过线扫描相机或区域扫描相机来进行，并且可是单色的或彩色的。可分析捕捉的图像数据，以从图像的最亮部分(即图样的亮度峰值)来计算彩色信息。可利用校准来调节计算的深度信息，如通过校准查询表，其可通过将计算值与对物体样本的实际深度测量值进行比较来生成。图像可利用任何优选的显示系统被格式化来用于显示，例如，通过软件模拟和操纵3D图像来驱动的视频屏幕，或可利用解码屏幕来观察完整的或多视角图像。本专利技术还包括成像装置，用于制作包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制作包含深度信息的物体图像的方法，包括以下步骤：　　　　－用来自照明装置的周期图样的光照射所述物体；　　　　－所述照明装置使得所述图样在一个焦平面上被对焦，而离开所述焦平面时逐渐散焦；　　　　－放置所述物体，使其不同部分到所述焦平面的距离不同；　　　　－从被这样照射的物体捕捉图像数据；　　　　－分析所述捕捉的图像数据，基于所述图样的散焦程度，提取深度信息；以及　　　　－显示没有所述图样但具有深度信息的物体的图像。

【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：JE威尔逊，MG里德，
申请(专利权)人：螺旋划痕有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]