本申请公开了一种单相机固定位置三维成像方法及装置，所述方法包括：A1，设计掩膜组并形成通光孔径编码相机；A2，主镜头调焦后，保持镜头及图像传感器阵列位置不变，通光孔径编码相机通过不同通光孔径的掩膜对物体成像，得到一组在不同通光孔径掩膜下的光线集合图像；A3，选择性地重新组合光线信息，得到多种合成图像；A4，三维尺度校准；A5，获得物体的三维点云及三维面片结果；A6，合成具有纹理色彩的物体三维数字模型；A7，实现对物体精准三维信息及色彩信息的提取。本申请的单相机通过改变镜头掩膜形状对物体进行多次拍摄获得光线集合合成图像，合成物体的三维数字模型，可广泛应用于三维建模、工业三维检测等场景。工业三维检测等场景。工业三维检测等场景。
【技术实现步骤摘要】
filtering for visual correspondence and beyond[C]//IEEE Conference on Computer Vision&Pattern Recognition.IEEE Computer Society,2011.
[0013][8]Johannsen O,Honauer K,Goldluecke B,et al.A Taxonomy and Evaluation of Dense Light Field Depth Estimation Algorithms[C]//Computer Vision and Pattern Recognition Workshops.IEEE,2017:1795
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1812.
技术实现思路
[0014]本专利技术的目的在于提供一种单相机固定位置三维成像方法及装置，以解决上述技术背景中提出的问题。
[0015]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0016]本申请第一个方面提供了一种单相机固定位置三维成像装置，包括：
[0017]主镜头；
[0018]掩膜组，为一组通光孔径不同的掩膜，用于遮挡主镜头的部分区域，并且能够改变遮挡位置；
[0019]图像传感器阵列，用于捕捉来自主镜头的光线信息；
[0020]数据处理器，通过图像传感器阵列拍摄一组不同通光孔径的掩膜，得到一组在不同通光孔径掩膜下的光线集合图像，经数据处理计算合成多种图像，所述多种图像包括、但不限于多视角图像、重聚焦图像、全景深图像、物体三维重构图像中的一种或更多种。
[0021]优选地，所述图像传感器阵列选自CMOs、CCD中的一种或更多种。
[0022]优选地，所述掩膜组中的各掩膜的通光孔径不同，包括通光区域的形状不同、尺寸不同、通光位置不同、连通域数量不同中的一种或更多种。
[0023]优选地，所述掩膜组中的各掩膜的形状不限，可以是圆形、正方形、也可以是不规则图形、非连通图形。
[0024]优选地，所述掩膜组中的各掩膜的排列方式不限，可以是横排排列、纵排排列、环形排列、十字架排列、矩阵排列，也可以是不规则排列。
[0025]优选地，所述掩膜组与数字相机组合，形成通光孔编码相机。
[0026]优选地，所述掩膜组能够改变主镜头的遮挡位置，实现通光孔径变化的实现形式包括、但不限于机械式移动或更换掩膜、或采用电子式透光形状可变掩膜，如LCD液晶屏。
[0027]本申请第二个方面是提供了一种单相机固定位置三维成像方法，包括：
[0028]A1，设计一组通光孔径不同的用于主镜头的掩膜，构成掩膜组，所述掩膜组与数字相机组合，形成通光孔径编码相机；
[0029]A2，主镜头调焦后，保持镜头及图像传感器阵列位置不变，通光孔径编码相机通过不同通光孔径的掩膜对物体成像，得到一组在不同通光孔径掩膜下的光线集合图像；
[0030]A3，根据得到的一组光线集合图像，选择性地重新组合光线信息，采用计算成像技术，得到多视角图像、重聚焦图像、全景深图像、合成孔径图像、非线性合成孔径图像、混合孔径图像中的一种或几种合成图像，以及对物体进行三维深度估计，得到深度估计图像；
[0031]A4，通过拍摄校准板的三维尺寸校准方法，进行尺度校准，得到深度图像与三维空间坐标的校准映射关系；
[0032]A5，结合步骤A3得到的深度估计图像及步骤A4得到的校准映射关系，获得物体的
三维点云及三维面片结果；
[0033]A6，结合步骤A2获得的光线集合图像的灰度或色彩信息，及步骤A5获得的三维点云或三维面片结果，合成具有纹理色彩的物体三维数字模型；
[0034]A7，结合步骤A2及步骤A6的结果，实现对物体精准三维信息及色彩信息的提取。
[0035]优选地，所述图像传感器阵列选自CMOs、CCD中的一种或更多种。
[0036]优选地，所述掩膜组中的各掩膜的通光孔径不同，包括通光区域的形状不同、尺寸不同、通光位置不同、连通域数量不同中的一种或更多种。
[0037]优选地，所述掩膜组中的各掩膜的形状不限，可以是圆形、正方形、也可以是不规则图形、非连通图形。
[0038]优选地，所述掩膜组中的各掩膜的排列方式不限，可以是横排排列、纵排排列、环形排列、十字架排列、矩阵排列，也可以是不规则排列。
[0039]优选地，所述掩膜组能够改变主镜头的遮挡位置，实现通光孔径变化的实现形式包括、但不限于机械式移动或更换掩膜、或采用电子式透光形状可变掩膜，如LCD液晶屏。
[0040]优选地，步骤A2包括：
[0041]将安装掩膜的位移台与相机及主镜头安装调节好相对位置，使掩膜紧贴主镜头前方、或紧贴主镜头后端、或放置于定制镜头的光圈百叶窗位置；
[0042]调节主镜头焦平面及图像传感器阵列的拍摄参数，保持主镜头及图像传感器阵列位置不变；
[0043]更换步骤A1中设计的掩膜组，图像传感器阵列通过每个掩膜对物体成像，通过一组掩膜得到一组不同掩膜下的光线集合图像。
[0044]优选地，步骤A3中，所述对物体进行三维深度估计，包括的算法包括：多视角立体匹配的深度估计方法、基于外极线图像的深度估计方法、基于多重采样和代价融合的深度估计算法、基于神经卷积网络的深度估计算法中的一种或更多种。
[0045]优选地，步骤A4中，所述拍摄校准板的三维尺寸校准方法，包括：保证校准板垂直于通光孔径编码相机的主光轴，多次拍摄，每次拍摄时都将所述校准板沿着主光轴方向移动一段预设距离，并对不同位置的校准板进行三维深度估计，建立三维深度估计值与空间真实尺寸的对应关系。
[0046]优选地，步骤A7中，所述对物体精准三维信息及色彩信息的提取，应用于三维建模、工业三维检测、三维定位中的一种或更多种。
[0047]与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益效果：
[0048]本申请将一组通光孔径不同的掩膜(即掩膜组)安装在紧贴主镜头前端位置、或紧贴主镜头后端位置、或放置于主镜头的光圈百叶窗位置，与数字相机组合，形成通光孔径编码相机，采用单个相机合成了具有纹理色彩的物体三维数字模型，实现了对物体精准三维信息及色彩信息的提取，可广泛应用于三维建模、工业三维检测、三维定位等场景。
附图说明
[0049]构成本申请的一部分附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0050]图1是本专利技术一种单相机固定位置三维成像方法的流程示意图；
[0051]图2是具体实施例中一种正方形横排排列的掩膜组示例，图2(a)表示该正方形横排排列的掩膜组，图2(b)表示该组掩膜通光区域的整体位置；
[0052]图3是具体实施例中列举的四种掩膜规则形状排列方式示例，图3(a)为圆形横排排列掩膜组，图3(b)为正方形十字架排列掩膜组，图3本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种单相机固定位置三维成像方法，其特征在于，包括：A1，设计一组通光孔径不同的用于主镜头的掩膜，构成掩膜组，所述掩膜组与数字相机组合，形成通光孔径编码相机；A2，主镜头调焦后，保持镜头及图像传感器阵列位置不变，通光孔径编码相机通过不同通光孔径的掩膜对物体成像，得到一组在不同通光孔径掩膜下的光线集合图像；A3，根据得到的一组光线集合图像，选择性地重新组合光线信息，采用计算成像技术，得到多视角图像、重聚焦图像、全景深图像、合成孔径图像、非线性合成孔径图像、混合孔径图像中的一种或几种合成图像，以及对物体进行三维深度估计，得到深度估计图像；A4，通过拍摄校准板的三维尺寸校准方法，进行尺度校准，得到深度图像与三维空间坐标的校准映射关系；A5，结合步骤A3得到的深度估计图像及步骤A4得到的校准映射关系，获得物体的三维点云及三维面片结果；A6，结合步骤A2获得的光线集合图像的灰度或色彩信息，及步骤A5获得的三维点云或三维面片结果，合成具有纹理色彩的物体三维数字模型；A7，结合步骤A2及步骤A6的结果，实现对物体精准三维信息及色彩信息的提取。2.根据权利要求1所述的一种单相机固定位置三维成像方法，其特征在于，所述掩膜组中的各掩膜的通光孔径不同，包括通光区域的形状不同、尺寸不同、通光位置不同、连通域数量不同中的一种或更多种。3.根据权利要求1所述的一种单相机固定位置三维成像方法，其特征在于，所述掩膜组中的各掩膜的形状不限，包括圆形、正方形、不规则图形、非连通图形中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种单相机固定位置三维成像方法，其特征在于，所述掩膜组中的各掩膜的排列方式不限，包括横排排列、纵排排列、环形排列、十字架排列、矩阵排列、不规则排列中的任意一种。5.根据权利要求1所述的一种单相机固定位置三维成像方法，其特征在于，所述掩膜组能够改变主镜头的遮挡位置，实现通光孔径变化的实现形式包括机械式移动或更换掩膜、或采用电子式透光形状可变掩膜。6.根据权利要求1所述的一种单相机固定位置三维成像方法，其特征在于，步骤A2包括：将安装掩膜的位移台与相机及主镜头安...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁俊飞，
申请(专利权)人：丁俊飞，
类型：发明
国别省市：
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