三维图像生成系统、三维图像生成方法、三维图像生成程序以及存储介质技术方案

本发明专利技术提供一种三维图像生成系统、三维图像生成方法、三维图像生成程序以及存储介质，利用显微镜所拍摄的若干枚景深范围较窄的显微照片，生成景深范围很宽的被拍摄到的被测物体的所有的部分都被清晰聚焦的全视野图像、以及能够表现被测物体表面立体形状的三维图像。本发明专利技术的三维图像生成系统包括摄影单元、测量用图像生成单元、全视野图像生成单元以及三维图像生成手段。摄影单元使用含有变焦镜头的相机设备，调节镜头的焦距，将镜头焦点分别聚焦在被测物体不同深度的地方，在各个焦距拍摄一枚或多枚景深范围很窄的被测物体的照片。测量用图像生成单元使用摄影单元在各个焦距所拍摄的一枚或多枚照片，生成各个焦距的测量用图像。全视野图像生成单元基于测量用图像生成单元所生成的各个焦距的测量用图像，生成一枚景深范围很宽的、被拍摄到的被测物体的所有的部分都被清晰聚焦的全视野图像。三维图像生成手段计算上述全视野图像中的各个像素所对应的被测物体表面上的测量点的三维世界坐标、进而生成被测物体的三维图像。生成被测物体的三维图像。生成被测物体的三维图像。

【技术实现步骤摘要】
三维图像生成系统、三维图像生成方法、三维图像生成程序以及存储介质


[0001]本专利技术涉及一种能够利用景深范围很窄的显微镜照片得到景深范围很宽的、所有像素都清晰的全视野图像，进而得到被测物体的三维图像的三维图像生成系统、三维图像生成方法、三维图像生成程序以及存储介质。

技术介绍

[0002]在观测微小物体或试样时经常使用光学显微镜。光学显微镜的景深范围较窄，并且放大倍数越大景深就越窄。因此，为了观测试样的不同部位，需要频繁地调节显微镜镜头的焦距。
[0003]通过调节镜头的焦距，可以拍摄被测物体在不同焦距下的照片，根据调节镜头焦距实施三维图像测量的原理，可以得到被测物体表面的三维图像。然而，这种三维测量技术需要高精度地调节镜头的焦距，成本较高。另外，带有电动焦距调节器的镜头一般体积都比较大、重量也比较重，通常只能被设置在实验室等场所，较难作为便携式测量仪器带到工业现场使用。
[0004]最近，如专利文献1记载的基于干涉法的显微镜三维图像测量技术、如专利文献2记载的使用多枚不同放大倍数的照片进行合成等技术被提出。现有技术文献专利文献
[0005]【专利文献1】日本特开2018－40644号公报【专利文献2】日本特开2014－219623号公报专利技术的内容专利技术要解决的问题
[0006]上述专利文件1所记载的三维形状测量方法存在着光学系统复杂的问题。上述专利文献2记载的合成方法，需要调节镜头的放大倍数、还需要具有分光系统。
[0007]为此，本专利技术的目的是提供一种三维图像生成系统、三维图像生成方法、三维图像生成程序以及存储介质，以获取所拍摄的物体的全视野图像，亦即被测物体表面的所有的部分都被清晰聚焦的景深范围很宽的图像，进而得到被测物体表面形状的三维图像。用于解决问题的方案
[0008]本专利技术的三维图像生成系统，包括摄影单元、测量用图像生成单元、全视野图像生成单元、三维图像生成单元等部分。摄影单元使用含有图像传感器和可以使用电气信号改变焦距的变焦镜头的相机设备，调节镜头的焦距，将镜头焦点分别聚焦在被测物体的不同的地方，在各个焦距拍摄一枚或多枚景深范围很窄的被测物体的照片。测量用图像生成单元使用所述摄影单元在各个焦距所拍摄的一枚或多枚照片，生成各个焦距的测量用图像；全视野图像生成单元基于所述测量用图像生成单元所生成的各个焦距的测量用图像，生成一枚景深范围很宽的、被拍摄到的被测物体的所有的部分都被清晰聚焦的全视野图像；三
维图像生成单元利用使用所述全视野图像生成单元生成的全视野图像，计算出全视野图像各个像素所对应的所述被测物体表面的三维世界坐标，进而生成所述被测物体的三维图像。
[0009]本专利技术的三维图像生成方法具有以下特征：使用含有图像传感器和可以使用电气信号改变焦距的变焦镜头的相机设备，调节镜头的焦距，将镜头焦点分别聚焦在被测物体的不同的地方，在各个焦距拍摄一枚或多枚景深范围很窄的被测物体的照片；利用计算机，使用在各个焦距所拍摄的一枚或多枚照片，生成各个焦距的测量用图像；利用计算机，基于所述测量用图像生成单元所生成的各个焦距的测量用图像，生成一枚景深范围很宽的、被拍摄到的被测物体的所有的部分都被清晰聚焦的全视野图像；利用计算机，使用所述全视野图像生成单元生成的全视野图像，计算出全视野图像各个像素所对应的所述被测物体表面的三维世界坐标，进而生成所述被测物体的三维图像。
[0010]本专利技术的技术，使用含有图像传感器和可以使用电气信号改变焦距的变焦镜头的相机设备，调节镜头的焦距，将镜头焦点分别聚焦在被测物体的不同的地方，在各个焦距拍摄一枚或多枚景深范围很窄的被测物体的照片；使用在各个焦距所拍摄的一枚或多枚照片，生成各个焦距的测量用图像；基于所述测量用图像生成单元所生成的各个焦距的测量用图像，便可以生成一枚景深范围很宽的、被拍摄到的被测物体的所有的部分都被清晰聚焦的全视野图像；基于全视野图像生成单元生成的全视野图像，可以进一步计算出全视野图像各个像素所对应的所述被测物体表面的三维世界坐标，进而生成所述被测物体表面形状的三维图像。
[0011]本专利技术的三维图像生成系统中最好包含三维图像修正单元，以修正由三维图像生成单元生成的三维图像中的三维坐标值异常的部分。这样就可以保证使用三维图像生成单元生成的三维图像中的不连续、缺损等不自然的部分得以修正。
[0012]本专利技术包含三维图像生成程序，利用计算机实现摄影单元、测量用图像生成单元、全视野图像生成单元、三维图像生成单元等各个单元的各项功能，即实现使用含有图像传感器和可以使用电气信号改变焦距的变焦镜头的相机设备，调节镜头的焦距，将镜头焦点分别聚焦在被测物体的不同的地方，在各个焦距拍摄一枚或多枚景深范围很窄的被测物体的照片；使用在各个焦距所拍摄的一枚或多枚照片，生成各个焦距的测量用图像；基于所述测量用图像生成单元所生成的各个焦距的测量用图像，便可以生成一枚景深范围很宽的、被拍摄到的被测物体的所有的部分都被清晰聚焦的全视野图像；基于全视野图像生成单元生成的全视野图像，可以进一步计算出全视野图像各个像素所对应的所述被测物体表面的三维世界坐标，进而生成所述被测物体表面形状的三维图像。这样便可以利用计算机，实现本专利技术的图像处理系统的各个功能。专利技术的效果
[0013](1)本专利技术使用含有图像传感器和可以使用电气信号改变焦距的变焦镜头的相机设备，调节镜头的焦距，将镜头焦点分别聚焦在被测物体的不同的地方，在各个焦距拍摄一枚或多枚景深范围很窄的被测物体的照片；使用在各个焦距所拍摄的一枚或多枚照片，生成各个焦距的测量用图像；基于所述测量用图像生成单元所生成的各个焦距的测量用图像，生成一枚景深范围很宽的、被拍摄到的被测物体的所有的部分都被清晰聚焦的全视野图像；基于全视野图像生成单元生成的全视野图像，可以进一步计算出全视野图像各个像
素所对应的所述被测物体表面的三维世界坐标，进而生成所述被测物体表面形状的三维图像。这样便可以只是用廉价的图像传感器和可变焦点镜头得到景深范围很宽的全视野图像以及被测物体表面形状的三维图像。
[0014](2)本专利技术的三维图像修正单元，可以修正由三维图像生成单元生成的三维图像中的三维坐标值异常的部分，保证使用三维图像生成单元生成的三维图像中的不连续、缺损等不自然的部分得以修正，以得到更加真实、自然的三维图像。
附图说明
[0015]图1是本专利技术实施方式中的三维图像生成系统的构成示意图。图2是图1中的照明装置下部的发光部分的示意图。图3是图1所示的三维图像生成系统构成的框图。图4是一种照明图案的示例。图5是一种照明图案的示例。图6是一种照明图案的示例。图7是一种照明图案的示例。图8是使用不同焦距的图像生成全视野图像的示意图图9是从不同焦距的图像中提取被清晰地拍摄到的像素的示意图。图10是全视野图像修正的示意图。图11是使用图1所示三维图像生成系统进行测量时的流程图。图12是图11中的S101部分的详细流程图。图13是图11中的S110部分的详细流程图。图14是在图1所示三维图像生成系统中使用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维图像生成系统，包括摄影单元、测量用图像生成单元、全视野图像生成单元、三维图像生成单元，所述摄影单元使用含有图像传感器和可以使用电气信号改变焦距的变焦镜头的相机设备，对于被测物体，调节镜头的焦距，将镜头焦点分别聚焦在被测物体的不同的地方，在各个焦距拍摄一枚或多枚景深范围很窄的被测物体的照片；所述测量用图像生成单元使用所述摄影单元在各个焦距所拍摄的一枚或多枚照片，生成各个焦距的测量用图像；所述全视野图像生成单元对基于所述测量用图像生成单元所生成的各个焦距的测量用图像的各个像素进行特征分布解析，提取特征值最大的像素，生成一枚景深范围很宽的、被拍摄到的被测物体的所有的部分都被清晰聚焦的全视野图像；所述三维图像生成单元利用使用所述全视野图像生成单元生成的全视野图像，计算出全视野图像各个像素所对应的所述被测物体表面的三维世界坐标，进而生成所述被测物体的三维图像。2.根据权力要求1所述的三维图像生成系统，其特征在于：所述三维图像生成单元，根据所述被测物体表面的测量点和被拍摄到的被测物体的照片上的所述测量点所对应的像素的二维图像坐标之间的投影变换关系、各个像素被清晰地拍摄时的相机镜头的焦距、被清晰地拍摄到的各个像素与所述被测物体表面的测量点的深度距离之间的对应关系，计算出所述全视野图像的各个像素所对应的测量点的三维世界坐标，进而生成所述被测物体表面形状的三维图像。3.根据权力要求1所述的三维图像生成系统，其特征在于：所述三维图像生成系统包含测量用图像位置调节单元，调节利用所述测量用图像生成单元所生成的各个不同焦距的测量用图像之间的微小的位置偏差。4.根据权力要求3所述的三维图像生成系统，其特征在于：所述测量用图像位置调节单元，将使用在所述相机设备标定过程中获取深度距离基准值时的焦距所拍摄的测量用图像作为调节用基准图像，并分别从其他各个焦距的测量用图像中提取一些特征点，然后调节各个焦距的测量用图像的位置使这些特征点和从调节用基准图像中提取的特征点之间的空间距离为最小，分别定义这些位置调节参数为所在焦距测量用图像的位置调节用参数，利用这些位置调节用参数去对实际测量时的各个焦距的测量用图像的位置进行微调节。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢存伟，辻野和广，
申请(专利权)人：学校法人福冈工业大学，
类型：发明
国别省市：