專(zhuān)利名稱(chēng):用于三維彩色掃描的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明一般涉及光學(xué)掃描器,特別是涉及用于提供三維物體的數(shù)字表示法的光學(xué)掃描器。
背景技術(shù):
已發(fā)展用于成功獲得物體的兩維(“二維”)彩色圖象數(shù)據(jù)的方法。這個(gè)處理過(guò)程公知為兩維掃描或數(shù)字化。當(dāng)掃描物體時(shí),產(chǎn)生數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)文檔,它包括包含與一組兩維點(diǎn)或坐標(biāo)相關(guān)的彩色信息的圖象數(shù)據(jù)。由一般在一維或兩維陣列中組織起來(lái)的光學(xué)檢測(cè)器或光學(xué)檢測(cè)器組獲得彩色信息。
由于光學(xué)檢測(cè)器聚焦在其上的兩維點(diǎn)是與由檢測(cè)器獲得的彩色信息相關(guān)的相同點(diǎn),所以在兩維掃描中,把彩色信息與正確的兩維點(diǎn)或位置匹配不是主要問(wèn)題。錯(cuò)誤設(shè)置彩色信息只到在檢測(cè)器聚焦其上的點(diǎn)的位置上有一些誤差的程度(例如,由光學(xué)系統(tǒng)引入的誤差)和可以容易地使該誤差最小的程度。
不容易解決把彩色信息與三維(“三維”)物體聯(lián)系起來(lái)的問(wèn)題。這是因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)方法用兩維掃描方法來(lái)獲得彩色信息,同時(shí)通過(guò)三維掃描方法獲得位置信息。把二維彩色信息映射到三維位置信息是容易發(fā)生重大誤差的復(fù)雜處理。
存在許多方法來(lái)獲得物體的表面點(diǎn)的三維位置。一種方法是一種系統(tǒng),它運(yùn)用激光測(cè)距儀來(lái)掃描物體并記錄在測(cè)距儀的已知三維位置和物體表面的測(cè)定位置之間的距離。運(yùn)用這種方法或其它方法來(lái)產(chǎn)生三維表面模型的結(jié)果是三維點(diǎn)組,它精確地表示物體的表面。獲得三維表面模型的這種方法和其它方法的特征是它固有的單色,即,在處理過(guò)程中沒(méi)有獲得任何彩色信息。如果需要三維彩色信息,那么必須通過(guò)組合兩維彩色信息或?qū)⑺鼈児残蔚赜成涞饺S表面模型上來(lái)生成它。
將兩維彩色信息共形地映射到三維表面模型上的問(wèn)題是很難的,而且出現(xiàn)將彩色信息與三維點(diǎn)誤匹配的情況很普遍。通過(guò)想象白色雕像或人頭半身像以及相同人臉的彩色照片,可以使這個(gè)問(wèn)題具體化。不能簡(jiǎn)單地將照片投射在半身像上以把正確地彩色信息轉(zhuǎn)遞到在半身像上的正確點(diǎn)上或者將發(fā)生明顯失真。必須執(zhí)行大量的判斷,以將來(lái)自照片的彩色信息與在半身像上的正確表面點(diǎn)正確聯(lián)系。類(lèi)似地,很難將從兩維光學(xué)檢測(cè)器獲得的彩色信息與在三維表面模型上的正確點(diǎn)相聯(lián)系。在現(xiàn)有技術(shù)中的另一個(gè)問(wèn)題在于不用彩色信息來(lái)確定表面位置,它意味著使用少于可獲得的信息總量的信息。此外,要求二維和三維系統(tǒng)兩者,這增加了成本。
所需要的是,通過(guò)總是將三維點(diǎn)與彩色數(shù)據(jù)相聯(lián)系的方法來(lái)產(chǎn)生一組表示表面的三維點(diǎn),從而不必將分立產(chǎn)生的彩色數(shù)據(jù)共形地映射在三維表面點(diǎn)組上。此外,所需的是,利用所有可獲得光頻率來(lái)確定表面點(diǎn)位置以使掃描過(guò)程的精確度最大并消除分立三維掃描步驟。
發(fā)明概述因此,本發(fā)明提供一種利用一系列二維彩色圖像的彩色信息得到產(chǎn)生彩色圖像的表面點(diǎn)空間中的三維位置的系統(tǒng)和方法。由于把彩色信息本身用來(lái)得到表面點(diǎn)的三維位置,所以不再需要把分開(kāi)產(chǎn)生的彩色信息保角地映射(conformally map)到得到的三維表面點(diǎn)上。這些點(diǎn)是根據(jù)彩色信息取得的,所以已經(jīng)與正確的彩色信息相關(guān)聯(lián)。而且,利用彩色信息提高了表面點(diǎn)的三維位置的準(zhǔn)確性。
在一個(gè)實(shí)施例中,本發(fā)明提供一種數(shù)字掃描器,它包括對(duì)可見(jiàn)光的寬頻譜起反應(yīng)的多視圖檢測(cè)器裝置。多視圖檢測(cè)器可用于顯現(xiàn)正在掃描的三維物體的多個(gè)圖像。相對(duì)于該物體,從多個(gè)相對(duì)角度獲取多個(gè)圖像,且多個(gè)圖像描繪該物體的多個(gè)表面部分。包括計(jì)算單元數(shù)字處理器,耦合到檢測(cè)器,它多個(gè)圖像起反應(yīng)從而它顯現(xiàn)物體的多個(gè)表面部分的三維坐標(biāo)位置和相關(guān)的圖像信息。于是要掃描物體的三維圖像由數(shù)字處理器來(lái)顯現(xiàn)。顯現(xiàn)的數(shù)據(jù)包括形狀和表面圖像彩色信息。
在另一實(shí)施例中,三維彩色數(shù)字掃描器包括彩色檢測(cè)器,它對(duì)可見(jiàn)光的寬頻譜起反應(yīng),以顯現(xiàn)三維物體的多個(gè)圖像。旋轉(zhuǎn)物體支持物具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸,可以使檢測(cè)器顯現(xiàn)三維物體的多個(gè)圖像。多個(gè)圖像描繪物體的多個(gè)表面部分。數(shù)字計(jì)算機(jī)耦合到檢測(cè)器。計(jì)算機(jī)跟蹤物體表面部分的斑點(diǎn),以作為旋轉(zhuǎn)物體支持物的旋轉(zhuǎn)的函數(shù)決定斑點(diǎn)的坐標(biāo),并決定從旋轉(zhuǎn)軸算起斑點(diǎn)的半徑。
在另一個(gè)實(shí)施例中,一種掃描三維物體的方法包括顯現(xiàn)三維物體的多個(gè)圖像,它們是相對(duì)于物體從多個(gè)相對(duì)角度獲取的。多個(gè)圖像描繪要掃描的物體的多個(gè)表面部分。物體的多個(gè)表面部分的三維坐標(biāo)位置和相關(guān)的圖像信息根據(jù)多個(gè)圖像計(jì)算得到,這樣就可以顯現(xiàn)包括形狀和表面圖像信息的物體的三維圖像。
在另一個(gè)實(shí)施例中,確定物體的表面部分的三維坐標(biāo)的方法包括獲得物體的表面部分的多個(gè)圖像以及識(shí)別在一個(gè)初始圖像中表面部分的可跟蹤斑點(diǎn)。決定初始圖像中可跟蹤斑點(diǎn)的二維坐標(biāo)初始組以及另一圖像中的可跟蹤斑點(diǎn)的至少一組附加二維坐標(biāo)。決定可跟蹤斑點(diǎn)的徑向坐標(biāo),然后根據(jù)可跟蹤斑點(diǎn)的徑向坐標(biāo)決定可跟蹤斑點(diǎn)的一組三維坐標(biāo)。
在另一實(shí)施例中,確定物體的表面部分的三維坐標(biāo)的方法包括繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)物體,從而在繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)物體時(shí)獲得物體的表面部分的多個(gè)圖像。識(shí)別可跟蹤斑點(diǎn),決定可跟蹤斑點(diǎn)的兩維坐標(biāo)。作為物體旋轉(zhuǎn)的函數(shù)跟蹤可跟蹤斑點(diǎn)的移動(dòng)。根據(jù)作為物體旋轉(zhuǎn)的可跟蹤斑點(diǎn)的函數(shù)的移動(dòng)確定可跟蹤斑點(diǎn)離旋轉(zhuǎn)軸的徑向距離,并且根據(jù)可跟蹤斑點(diǎn)的坐標(biāo)和可跟蹤斑點(diǎn)離旋轉(zhuǎn)軸的徑向距離得到物體的表面部分的三維坐標(biāo)。
本發(fā)明提供一種獲得三維表面信息的系統(tǒng)和方法,該信息與彩色信息相聯(lián)系,而不需要在三維表面上保角映射二維彩色數(shù)據(jù)。利用彩色數(shù)據(jù)提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性,并且由于從一系列二維圖像中得到3維表面,所以降低了系統(tǒng)成本。通過(guò)閱讀下面的詳細(xì)描述和研究各附圖,本發(fā)明這些和其它一些優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。
圖1示出用于獲得物體的一系列兩維彩色圖象并處理那些圖象以獲得物體的表面的三維模型的系統(tǒng)。
圖1A示出能夠掃描物體的頂部和底部的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。
圖1B示出產(chǎn)生物體的增強(qiáng)陰影(shading)的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。
圖1C示出關(guān)于靜止物體轉(zhuǎn)換檢測(cè)器的布局。
圖1D示出運(yùn)用多數(shù)檢測(cè)器而不是移動(dòng)單個(gè)檢測(cè)器的本發(fā)明的實(shí)施例。
圖2示出圖象獲得系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
圖3A是示出獲得旋轉(zhuǎn)物體的多個(gè)圖象的處理過(guò)程的流程圖。
圖3B是示出從物體的兩維圖象產(chǎn)生三維表面數(shù)據(jù)的處理過(guò)程的流程圖。
圖4是示出在存儲(chǔ)它們之前在圖象上執(zhí)行的處理的流程圖。
圖5A示出獲得的彩色數(shù)據(jù)的矢量本質(zhì)。
圖5B示出對(duì)于象素線(xiàn),在時(shí)刻0、1、2和3處藍(lán)色數(shù)據(jù)的例子。
圖5C示出如何通過(guò)只記錄彩色數(shù)據(jù)中的變化來(lái)壓縮數(shù)據(jù)。
圖6是示出在每個(gè)圖象中識(shí)別物體廓影的處理過(guò)程的流程圖。
圖7是示出沿著每個(gè)掃描線(xiàn)找到廓影邊緣的處理流程圖。
圖8是示出確定一組可跟蹤斑點(diǎn)(patch)的處理的流程圖。
圖8A示出如何搜索可跟蹤斑點(diǎn)的圖象。
圖9是示出確定當(dāng)物體旋轉(zhuǎn)時(shí),在物體表面上的斑點(diǎn)位置的半徑的處理流程圖。
圖9A示出一組斑點(diǎn)跟蹤極限。
圖9B示出帶有不同角偏差的不同圖象中可跟蹤斑點(diǎn)的移動(dòng)。
圖9C示出在圖象中斑點(diǎn)的精確位置的確定。
圖9D是示出過(guò)濾行數(shù)據(jù)點(diǎn)的示圖。
圖9E是示出如何根據(jù)表示可跟蹤斑點(diǎn)穿過(guò)角度移置的圖象的路徑的點(diǎn)來(lái)確定半徑的示圖。
圖10是表示一旦已知可跟蹤斑點(diǎn)的半徑就發(fā)生的后處理的流程圖。
用于執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式在圖1中,本發(fā)明的實(shí)施例包括用于獲得物體的一系列兩維彩色圖象并處理那些圖象以獲得物體表面的三維模型的系統(tǒng)。將數(shù)字化的物體100設(shè)置在可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)102上。提供馬達(dá)104以通過(guò)軸106驅(qū)動(dòng)可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)102。位置編碼器108檢測(cè)可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)102的角度位置并生成表示可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)102的角度位置的電信號(hào)。光學(xué)檢測(cè)器110(例如,彩色視頻攝像機(jī))觀測(cè)物體100并產(chǎn)生物體100的兩維彩色圖象。
當(dāng)由可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)102旋轉(zhuǎn)物體100時(shí),檢測(cè)器100捕獲物體100的一系列彩色圖象。將在不同時(shí)間取到的每個(gè)彩色圖象與物體100繞著旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角相聯(lián)系,“A”通過(guò)軸106運(yùn)作。從位置編碼器108獲得關(guān)于物體100的角度位置的信息。于是,相對(duì)于檢測(cè)器110,將從不同角度由檢測(cè)器110提取的每個(gè)“快照”或物體100的圖象與關(guān)于物體100的旋轉(zhuǎn)角度的數(shù)據(jù)相聯(lián)系。圖象輸入處理系統(tǒng)120(“計(jì)算機(jī)”)控制圖象獲得過(guò)程并記錄獲取的圖象以及相關(guān)角度位置數(shù)據(jù)。即,處理系統(tǒng)120與檢測(cè)器110相連并接收用于由物體100從檢測(cè)器110取到的每個(gè)圖象或快照的數(shù)據(jù),而且位置編碼器108把角度位置信息發(fā)送到處理系統(tǒng)120,從而處理系統(tǒng)120可將來(lái)自檢測(cè)器110的圖象數(shù)據(jù)與在相同時(shí)候取到的角度位置相聯(lián)系。在其它實(shí)施例中,檢測(cè)器110是膠片攝像機(jī),而且處理系統(tǒng)120接收來(lái)自數(shù)字器的數(shù)據(jù),它使來(lái)自檢測(cè)器110的膠卷圖象數(shù)字化。
處理系統(tǒng)120包括處理單元122和監(jiān)測(cè)器124,而且控制馬達(dá)104。監(jiān)測(cè)器124能夠顯示由檢測(cè)器110捕獲的當(dāng)前圖象126或者關(guān)于捕獲過(guò)程的其它信息。
一旦處理系統(tǒng)120得到一系列圖象,那么把那些圖象轉(zhuǎn)移到圖象處理器130(“計(jì)算機(jī)”)。圖象處理器130可以大量不同的方法來(lái)接收來(lái)自處理系統(tǒng)120的數(shù)據(jù)。通過(guò)直接連接132,可將圖象處理器130直接連到處理系統(tǒng)120上,或者可以把來(lái)自處理系統(tǒng)120的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到可移動(dòng)存儲(chǔ)媒體,諸如可由圖象處理器130讀取的磁盤(pán)134。處理系統(tǒng)120還可通過(guò)因特網(wǎng)或調(diào)制解調(diào)器連接將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到圖象處理器130。圖象處理器130包括處理單元136,還包括監(jiān)測(cè)器138。
在其它實(shí)施例中,在單個(gè)計(jì)算機(jī)上組合處理系統(tǒng)120和圖象處理器130。將處理系統(tǒng)120和圖象處理器130的功能分開(kāi)的優(yōu)點(diǎn)在于,由處理系統(tǒng)120執(zhí)行的數(shù)據(jù)捕獲和存儲(chǔ)功能,而且控制數(shù)據(jù)捕獲系統(tǒng)不要求復(fù)雜或功能強(qiáng)的處理器。另一方面,圖象處理器130接收表示一系列兩維圖象的數(shù)據(jù),并對(duì)該數(shù)據(jù)執(zhí)行復(fù)雜和計(jì)算集中的操作以產(chǎn)生三維表面模型。因此,圖象處理器130是由當(dāng)前技術(shù)制造的,似乎比處理系統(tǒng)120更加有能力(和昂貴)計(jì)算機(jī)。如果是那種情況,那么利用大量相對(duì)便宜的處理器用于數(shù)據(jù)捕獲和臨時(shí)存儲(chǔ)是很經(jīng)濟(jì)有利的,而且把來(lái)自那些相對(duì)便宜的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)送到小數(shù)量圖象處理器,它們根據(jù)兩維彩色圖象組生成三維表面模型。
圖1A示出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例,它能夠掃描物體的頂部和底部。再次,由馬達(dá)104驅(qū)動(dòng)的可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)102支持物體100。在這個(gè)實(shí)施例中,軸107占用(engage)可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)102的邊緣,從而馬達(dá)104和軸107不使物體100的底部圖象模糊。由透明材料來(lái)制成旋轉(zhuǎn)平臺(tái)102,從而可以通過(guò)可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)102來(lái)看到物體100的底部。把一組鏡子109設(shè)置在監(jiān)測(cè)器110的視野內(nèi),從而除了側(cè)視之外還由監(jiān)測(cè)器110捕獲物體100的頂部和底部表面圖象。
圖1B示出設(shè)計(jì)來(lái)產(chǎn)生物體100的對(duì)比度增強(qiáng)陰影的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。同樣,由馬達(dá)104通過(guò)軸106驅(qū)動(dòng)的可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)102支持物體100。第二馬達(dá)142還通過(guò)軸146驅(qū)動(dòng)可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)144。編碼器148生成表示可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)144的旋轉(zhuǎn)位置的數(shù)據(jù)并把該數(shù)據(jù)傳送到處理系統(tǒng)120。同樣,馬達(dá)142接收來(lái)自處理系統(tǒng)120的控制命令。把燈150安放在可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)144上以向物體100提供照明。把燈150方向,以提供在物體100上的對(duì)比照明和陰影部分,這助于跟蹤在物體100表面上的特征。由于把燈150安放在分別可由處理系統(tǒng)120控制的可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)144上,所以相對(duì)于物體100,可檢測(cè)燈150的不同定向以確定哪一個(gè)最好地增強(qiáng)物體100的表面特征。當(dāng)用同步的方法來(lái)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)102和144時(shí),陰影保持不變。此外,可通過(guò)改變平臺(tái)102和144的相對(duì)位置,還可獲得帶有不同陰影的物體100的多組視圖。
圖1、1A和1B每個(gè)都示出其中旋轉(zhuǎn)被成象的物體的實(shí)施例。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中,物體保持靜止,而且檢測(cè)器圍繞物體移動(dòng)。圖1C示出其中關(guān)于靜止物體轉(zhuǎn)換檢測(cè)器的布局。應(yīng)注意,當(dāng)檢測(cè)器110移動(dòng)時(shí),鏡片11保持指向物體100。檢測(cè)器110可以多種方法移動(dòng),而且可以多種方法來(lái)支持物體100。在一個(gè)實(shí)施例中,通過(guò)把它掛在很細(xì)的繩子上獲得無(wú)遮擋視圖。在物體100周?chē)D(zhuǎn)換檢測(cè)器110。如果物體100很大,那么例如可以把檢測(cè)器110放置在直升機(jī)上,并繞著物體100飛。檢測(cè)器110不必精確地繞著物體100圓形移動(dòng)。如熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員可知,可以相對(duì)于物體100,計(jì)算地分析檢測(cè)器110的移動(dòng)的角度和半徑分量。只測(cè)量和記錄檢測(cè)器110的位置,對(duì)于由檢測(cè)器110取到的每個(gè)圖象,可以相對(duì)于物體100,確定檢測(cè)器110的相對(duì)角度位置。確定檢測(cè)器110的位置方法包括運(yùn)用GPS或激光定位系統(tǒng)。一旦分析移動(dòng)角度分量和計(jì)算半徑分量,系統(tǒng)補(bǔ)償半徑分量,而且可與由包括旋轉(zhuǎn)物體和靜止檢測(cè)器的系統(tǒng)產(chǎn)生的圖象相類(lèi)似地處理由檢測(cè)器110生成的圖象。
圖1D示出運(yùn)用多個(gè)檢測(cè)器而不是移動(dòng)單個(gè)檢測(cè)器的本發(fā)明的實(shí)施例。示出物體100的俯視圖,而且在相對(duì)于物體100的不同角位移,提供檢測(cè)器110組。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于不需要任何移動(dòng),而且對(duì)馬達(dá)、編碼器和可旋轉(zhuǎn)支持的需要也是有限的。使每個(gè)檢測(cè)器獲取的物體100的圖像相對(duì)于其它檢測(cè)器獲取的圖像角度偏移,這樣這些圖像能以與用一個(gè)移動(dòng)的檢測(cè)器得到的連續(xù)圖像相似的方式進(jìn)行處理。多個(gè)檢測(cè)器110的成本可能低于可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器或移動(dòng)檢測(cè)器110和記錄檢測(cè)器110位置的機(jī)構(gòu)的費(fèi)用。這一方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是物體100的所有圖像都可以同時(shí)產(chǎn)生。
圖1至圖1D描述了當(dāng)物體100和檢測(cè)器110處于不同的相對(duì)角度偏移時(shí)產(chǎn)生物體100的多個(gè)圖像的各種實(shí)施例。這些系統(tǒng)中的每個(gè)系統(tǒng)都提供在不同角度觀測(cè)到的物體100的兩維彩色圖象。通過(guò)本發(fā)明的處理和裝置,將這個(gè)兩維信息轉(zhuǎn)換成物體100的三維表面模型。
圖2示出在一些實(shí)施例中用到的處理系統(tǒng)120的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。把微處理器200連到存儲(chǔ)器總線(xiàn)202,把存儲(chǔ)器總線(xiàn)202連到RAM204和ROM206。還把微處理器200連到輸入/輸出(“I/O”)總線(xiàn)208。把視頻接口210耦合到I/O總線(xiàn)208以控制馬達(dá)124,如是檢測(cè)器接口212。檢測(cè)器接口212緩沖和處理來(lái)自檢測(cè)器的數(shù)據(jù),還把輸出命令從微處理器200帶到檢測(cè)器。在使用移動(dòng)檢測(cè)器的某些實(shí)施例中,檢測(cè)器提供它自己的控制并記錄它自己的位置。在這些實(shí)施例中,檢測(cè)器/處理器接口只需能夠?qū)?shù)據(jù)從檢測(cè)器轉(zhuǎn)移到處理器存儲(chǔ)系統(tǒng),其中所述數(shù)據(jù)包括圖象和檢測(cè)器位置數(shù)據(jù)。
大容量存儲(chǔ)器214(諸如,硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器)也與輸入/輸出總線(xiàn)208相連并為由光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生的多圖象提供存儲(chǔ)容量。可卸裝存儲(chǔ)器216(諸如,軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器)還提供將數(shù)據(jù)文檔轉(zhuǎn)移到處理系統(tǒng)120和另一個(gè)處理系統(tǒng)和轉(zhuǎn)移來(lái)自它們的數(shù)據(jù)。作為替代,還可將通信接口218用于轉(zhuǎn)移文檔。還可將通信接口218連到局域網(wǎng)(“LAN”)或廣域網(wǎng)(“WAN”),以與其它工作站進(jìn)行通信。在處理系統(tǒng)120提供控制命令以旋轉(zhuǎn)物體100的實(shí)施例中,位置控制器220與輸入/輸出總線(xiàn)208相連,而且控制馬達(dá)。在這些實(shí)施例中,位置檢測(cè)器222接收來(lái)自編碼器的數(shù)據(jù),從而處理系統(tǒng)120還保持跟蹤物體100的位置。照明控制224還與輸入/輸出總線(xiàn)208相連,而且用于控制燈的位置,其中燈可相對(duì)于物體100移動(dòng)。照明控制224還控制那些燈的強(qiáng)度。
在圖2中的示出的用于處理系統(tǒng)120的結(jié)構(gòu)能夠支持如圖1-1D所示的任一個(gè)實(shí)施例。如果旋轉(zhuǎn)物體,那么位置控制器220和位置檢測(cè)器222提供對(duì)旋轉(zhuǎn)的控制。將關(guān)于物體100的位置信息與來(lái)自接口212圖象數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)并存儲(chǔ)在大容量存儲(chǔ)器214中。由照明控制224控制燈的移動(dòng)和強(qiáng)度控制。如果用了自主(autonomous)檢測(cè)器,那么通過(guò)通信接口218或可拆裝存儲(chǔ)器216,可以將由檢測(cè)器捕獲到的關(guān)于檢測(cè)器位置圖象的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到處理系統(tǒng)120。在使用多個(gè)檢測(cè)器的實(shí)施例中,提供多個(gè)檢測(cè)器接口以控制多個(gè)檢測(cè)器。如上所述,運(yùn)用微處理器200和包含在大容量存儲(chǔ)器215中的數(shù)據(jù)可以計(jì)算三維表面模型,或者,另一方面,可將在大容量存儲(chǔ)器214中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到更加功能強(qiáng)的圖象處理系統(tǒng)。
圖3A是獲得旋轉(zhuǎn)物體的多個(gè)圖象的本發(fā)明的處理過(guò)程的流程圖。較佳的是,在處理系統(tǒng)120上實(shí)施該方法。在步驟300處開(kāi)始處理,而且在步驟302中,用戶(hù)將物體設(shè)置在可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上。物體開(kāi)始旋轉(zhuǎn),同時(shí)由檢測(cè)器將其成象。在步驟304中,處理器檢測(cè)是否已捕獲或取得所需數(shù)量的圖象。如果已捕獲所需數(shù)量的圖象,那么在步驟306處結(jié)束處理。于是,準(zhǔn)備將兩維圖象數(shù)據(jù)放到圖象處理器以產(chǎn)生三維表面模型。如果捕獲更多圖象,那么將控制轉(zhuǎn)移到步驟308,而且把命令送到檢測(cè)器以捕獲圖象。最好預(yù)先處理并存儲(chǔ)圖象(在步驟310中),而且把控制轉(zhuǎn)移回到步驟304。一旦完成如圖3A所示的處理,在檢測(cè)器和物體之間的不同相關(guān)角位移處獲得物體的一組兩維彩色圖象。
圖3B示出在圖象處理器130上實(shí)施的用于根據(jù)在處理系統(tǒng)120上實(shí)施的如圖3A所示的處理發(fā)展的物體的兩維圖象產(chǎn)生三維表面數(shù)據(jù)的過(guò)程。處理在步驟350處開(kāi)始,而且在步驟352中,處理識(shí)別在由圖象捕獲系統(tǒng)提供的物體的每個(gè)兩維彩色圖象中的物體的廓影。將這個(gè)廓影信息用于減小在每個(gè)圖象中必須處理的區(qū)域。在步驟354中,確定一組跟蹤點(diǎn)位于物體的廓影內(nèi)。將這些跟蹤點(diǎn)與物體的表面特征相聯(lián)系,其中在由光學(xué)檢測(cè)器取到的物體的不同圖象中可識(shí)別上述物體的表面特征。將與可識(shí)別特征相對(duì)應(yīng)的物體的圖象部分稱(chēng)為可跟蹤斑點(diǎn)。每個(gè)可跟蹤斑點(diǎn)包括圍繞在正在掃描的表面上的幾何學(xué)點(diǎn)的象素組。于是,可跟蹤斑點(diǎn)是與幾何點(diǎn)相關(guān)并鄰近該點(diǎn)的特征。斑點(diǎn)與鄰近表面位置不同,因而它是可跟蹤的。通過(guò)在物體和檢測(cè)器之間的不同相關(guān)角位移處取到的物體的一系列圖象跟蹤可跟蹤斑點(diǎn)。步驟356對(duì)于每個(gè)可跟蹤斑點(diǎn),發(fā)展離旋轉(zhuǎn)軸的半徑,它說(shuō)明了在圖象中可跟蹤斑點(diǎn)的移動(dòng)。用可跟蹤斑點(diǎn)的半徑來(lái)使半徑逼近與可跟蹤斑點(diǎn)相關(guān)的幾何點(diǎn)。
一旦完成步驟356,已生成包括與每個(gè)可跟蹤斑點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)和在那些點(diǎn)之間的插入值的三維表面。在步驟358中,以標(biāo)準(zhǔn)格式,輸出與建模表面相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)的坐標(biāo)。在一些實(shí)施例中,輸出未處理的可跟蹤斑點(diǎn)。在其它實(shí)施例中,將點(diǎn)插入未處理可跟蹤斑點(diǎn),從而產(chǎn)生表示三維表面的點(diǎn)規(guī)則陣列。由于可跟蹤斑點(diǎn)與可跟蹤斑點(diǎn)的彩色信息相聯(lián)系,所以每個(gè)可跟蹤斑點(diǎn)已與彩色值相聯(lián)系。將可跟蹤斑點(diǎn)的彩色值簡(jiǎn)單地歸因于對(duì)該斑點(diǎn)所判定的點(diǎn)。步驟358輸出坐標(biāo)和它們的彩色值。在步驟360處完成該過(guò)程。
圖3B的處理用在產(chǎn)生那些點(diǎn)的期間,將彩色信息與三維點(diǎn)相聯(lián)系的方法,根據(jù)一組兩維圖象產(chǎn)生三維表面數(shù)據(jù)。其實(shí),用彩色信息來(lái)識(shí)別跟蹤的點(diǎn),從而增強(qiáng)跟蹤過(guò)程。系統(tǒng)不獨(dú)立于彩色圖象信息來(lái)識(shí)別物體的表面,而且將表面點(diǎn)與彩色信息相匹配。在如圖3B所示的系統(tǒng)中,光學(xué)檢測(cè)器獲得物體的彩色圖象。根據(jù)該彩色圖象信息不能獨(dú)立地確定物體的三維表面點(diǎn)。實(shí)際上,不直接確定物體的表面點(diǎn),而是確定位于該表面上的特征的位置。那些表面特征包括彩色信息。因此,直接確定彩色特征的位置,而且不必將它映射到獨(dú)立生成的表面模型。于是,通過(guò)表面特征點(diǎn)之間的插入,根據(jù)表示彩色表面特征的點(diǎn)來(lái)產(chǎn)生表面模型的規(guī)則間隔的點(diǎn)。
圖4示出在存儲(chǔ)它們之前,在圖象上可執(zhí)行的處理310。在步驟400處開(kāi)始處理過(guò)程。步驟402分析在當(dāng)前獲得的圖象和前面獲得的圖象之間的差異。步驟404將壓縮技術(shù)施于數(shù)據(jù)以減小由數(shù)據(jù)占去的存儲(chǔ)空間量。在步驟406中完成處理過(guò)程。于是,在運(yùn)用處理310的實(shí)施例中,對(duì)于更加緊縮的數(shù)字存儲(chǔ)器,壓縮數(shù)據(jù)。
圖5A、5B和5C還示出彩色圖象象素?cái)?shù)據(jù)和在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中實(shí)施的壓縮技術(shù)。圖5A示出獲得的彩色數(shù)據(jù)的矢量本質(zhì)。在例子中,示出使用紅-綠-藍(lán)色(“RGB”)彩色數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明,可以實(shí)施這種或任何其他諸如藍(lán)綠-紅紫-黃黑色(“CMYK”)的配色法。將如圖5A所示的三軸標(biāo)為R、G和B??蓪⒉噬当硎緸橹赶蛟谶@個(gè)彩色空間中的點(diǎn)的矢量。例如,矢量500表示某一象素的彩色值。由矢量500所指向的點(diǎn)表示R、G和B的值。矢量500是綠色分量矢量502、藍(lán)色分量矢量504和紅色分量矢量506的總和。于是,對(duì)于每個(gè)點(diǎn),在描述點(diǎn)的彩色的彩色空間中存在一矢量。存儲(chǔ)點(diǎn)的位置或象素位置以及表示三個(gè)彩色信號(hào)RGB的強(qiáng)度的三維彩色信息。
圖5B示出對(duì)于象素線(xiàn),在時(shí)刻0、1、2和3處,對(duì)于藍(lán)色的彩色數(shù)據(jù)看似所象的例子。在時(shí)刻0處,象素線(xiàn)成象沒(méi)有藍(lán)色的表面特征。在時(shí)刻1處,將帶有藍(lán)色分量的表面特征移入由象素線(xiàn)成象的位置,從而在觀測(cè)到X個(gè)沒(méi)有藍(lán)色的象素之后,觀察到8個(gè)藍(lán)色象素。在8個(gè)藍(lán)色象素之后,再次觀測(cè)沒(méi)有彩色的Y象素。在這個(gè)例子中,為了說(shuō)明簡(jiǎn)單,只示出藍(lán)色的一個(gè)強(qiáng)度。在實(shí)際例子中,還可觀測(cè)和記錄藍(lán)色的變化強(qiáng)度。在時(shí)刻2處,表面特征已移到右邊,而現(xiàn)在,觀測(cè)到?jīng)]有藍(lán)色的X+2個(gè)象素,同時(shí)再次觀測(cè)帶有藍(lán)色的8個(gè)象素。接著,觀測(cè)沒(méi)有彩色的Y-2個(gè)象素。在時(shí)刻3處,將藍(lán)色特征移到再向右的一個(gè)象素,從而觀測(cè)沒(méi)有彩色的X+3個(gè)象素,接著是8個(gè)藍(lán)色象素,接著是沒(méi)有彩色的Y-3個(gè)象素。
應(yīng)理解,對(duì)于每種彩色,記錄每個(gè)象素的彩色值生成大量數(shù)據(jù)。圖5C表示如何通過(guò)只記錄彩色數(shù)據(jù)的變化彩色數(shù)據(jù),然后對(duì)這些變化進(jìn)行游程編碼。對(duì)于熟悉該技術(shù)人員,已知游程編碼技術(shù)。在時(shí)刻0處,觀測(cè)到?jīng)]有彩色,從而存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單地是沒(méi)有彩色或黑色。在時(shí)刻1處,X個(gè)象素仍然是沒(méi)有彩色,從而記錄象素?cái)?shù)量并與無(wú)變化相關(guān)。接著,8個(gè)象素將彩色變成藍(lán)色,而且記錄8個(gè)象素如具有正藍(lán)色變化。最后,所剩Y個(gè)象素沒(méi)有變化,從而Y個(gè)象素,記錄沒(méi)有變化。在時(shí)刻2處,在沒(méi)有彩色的左側(cè)處的X個(gè)象素沒(méi)有變化,從而將X個(gè)象素記錄成沒(méi)有任何變化。由于藍(lán)色圖象已向右移兩個(gè)象素,所以接著以前是藍(lán)色的兩個(gè)象素現(xiàn)在沒(méi)有彩色。將這兩個(gè)象素記錄成兩個(gè)負(fù)藍(lán)色象素,由于對(duì)于它們的彩色變化是表示丟失藍(lán)色的負(fù)藍(lán)色。接著6個(gè)象素以前在時(shí)刻1處是藍(lán)色,而在時(shí)刻2處保持為藍(lán)色,從而對(duì)于接下去6個(gè)象素記錄沒(méi)有變化。接著兩個(gè)象素以前不是藍(lán)色,而已變成藍(lán)色。因此,記錄接著兩個(gè)象素作為具有表示在時(shí)刻2和時(shí)刻1之間正藍(lán)色變化的正藍(lán)色值。在時(shí)刻1期間,接著Y-2個(gè)象素是空白的,而且在時(shí)刻2期間保持空白,從而對(duì)于接下去Y-2個(gè)象素,記錄沒(méi)有變化。
在時(shí)刻3處,藍(lán)色特征已向右移一個(gè)象素。在時(shí)刻2處,在線(xiàn)性陣列中的第一X+2個(gè)象素沒(méi)有彩色,而且在時(shí)刻3仍然沒(méi)有彩色。因此,對(duì)于第一X+2個(gè)象素記錄沒(méi)有變化。接下去的象素以前是藍(lán)色,但是由于藍(lán)色特征已向右移動(dòng)一個(gè)象素,所以現(xiàn)在象素沒(méi)有彩色。因此,對(duì)于該象素,記錄負(fù)藍(lán)色變化。接下去的7個(gè)象素在時(shí)刻2處是藍(lán)色的,而且在時(shí)刻3處保持藍(lán)色。因此,對(duì)于那些7個(gè)象素,記錄沒(méi)有彩色變化。在時(shí)刻2處,接下去的象素沒(méi)有藍(lán)色,而在時(shí)刻3處具有藍(lán)色分量。因此,對(duì)于該象素,記錄正藍(lán)色的彩色變化。最后,在時(shí)刻2處所剩象素以前是空白,而在時(shí)刻3處保持空白,而且對(duì)于那些Y-1個(gè)象素,記錄沒(méi)有變化。
從這個(gè)例子,可以看到當(dāng)在連續(xù)時(shí)刻表面特征移過(guò)象素時(shí),可以通過(guò)只記錄在每個(gè)連續(xù)時(shí)刻對(duì)于每個(gè)象素的彩色值變化,可以表示特征的圖象。可以簡(jiǎn)單地注解不改變彩色的連續(xù)象素,而無(wú)需存儲(chǔ)對(duì)于每個(gè)象素的三維彩色值。這只是在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中用到的數(shù)據(jù)壓縮方案的一個(gè)例子??蓪⑵渌鼔嚎s技術(shù)用作對(duì)于這個(gè)壓縮技術(shù)的變通方法或者可結(jié)合這個(gè)壓縮技術(shù)一起使用。只需要以可存取和將來(lái)可展開(kāi)格式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以處理兩維圖象從而確定三維表面。另一方面,如果存儲(chǔ)容量不是問(wèn)題,那么可以消除數(shù)據(jù)壓縮。
在本發(fā)明的其它實(shí)施例中,派生出除了彩色之外的表面屬性,而且與三維表面數(shù)據(jù)連接起來(lái)存儲(chǔ)。例如,可從相對(duì)于表面的多個(gè)角度多次觀看的本地表面的表面幾何學(xué)和定向,派生出反射率(specularity)、發(fā)射率和吸收。在某些實(shí)施例中,這些屬性還有助于區(qū)分可跟蹤斑點(diǎn)。
圖6示出識(shí)別在每個(gè)圖象中的物體的廓影處理352。處理在步驟600處開(kāi)始。步驟602測(cè)試是否用圖象完成處理。如果處理器完成圖象,那么處理在步驟604處終止。如果保持有更多的圖象要處理,那么步驟606將濾波器核心(kernel)施于圖象,其中作為參考資料在此引入。如熟悉該技術(shù)領(lǐng)域的人員可知,濾波器核心是一組系數(shù),它與圖象(象素的XY陣列)卷積。通過(guò)在表示圖象中的邊緣的位置處產(chǎn)生高度相關(guān)性,某些濾波器核心(諸如,Canny和Sobel Kenels)突出邊緣?!罢摍z測(cè)邊緣”,Nalwi,PAMI,第8章,第699-714頁(yè);“在圖象中找到線(xiàn)和邊緣”,Canny,MIT Technical Report TR-720,1984;“論用于感知3D場(chǎng)景的校正計(jì)算機(jī)控制攝像機(jī)”,Sobel Artificial Intelligence,第5卷,第185-198頁(yè),1974;和“對(duì)于邊緣檢測(cè)的綜合解決方法”,Canny,PAMI,第8章,第679-698頁(yè),1986。通過(guò)將濾波器核心和圖象在所有點(diǎn)都相互關(guān)聯(lián),通過(guò)分析相關(guān)性值,可以確定對(duì)于物體廓影的物體邊緣。在步驟608中確定廓影邊緣。將控制轉(zhuǎn)移回到步驟602以檢測(cè)是否存在對(duì)于廓影要處理的其它圖象。
確定圖象廓影的目的在于限制在其中對(duì)于物體搜索和識(shí)別表面特征的區(qū)域數(shù)量。由檢測(cè)器記錄的飛行昆蟲(chóng)或噪聲尖峰信號(hào)(spike)存在于如給定圖象中所示的物體區(qū)域外。噪聲尖峰信號(hào)或昆蟲(chóng)好象是可跟蹤表面特征的良好候選者,但是如果已確定物體的廓影或邊緣而且昆蟲(chóng)或噪聲尖峰信號(hào)在該邊緣之外,那么可將它指定為可能跟蹤的表面特征。通過(guò)限定要搜索的區(qū)域,這簡(jiǎn)化了對(duì)表面特征的搜索并減小了圖象數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)處理,而且還阻止無(wú)關(guān)的表面特征點(diǎn)和作為表面點(diǎn)映射。在某些實(shí)施例中,還將對(duì)表面特征的搜索限定在下面所述的廓影內(nèi)的區(qū)域。
圖7還進(jìn)一步示出關(guān)于圖6的處理608的細(xì)節(jié),其中沿著每根掃描線(xiàn)找到廓影邊緣。在步驟700處開(kāi)始處理過(guò)程。在步驟702處,處理器在圖象的左邊開(kāi)始,而且將核心與圖象的象素相互關(guān)聯(lián)以找到與潛在的左邊相對(duì)應(yīng)的相關(guān)性最大值。在步驟704中,處理器從圖象的右邊移入,并將核心與圖象數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)以找到潛在的右邊緣。在步驟706中,試湊算法用于確定物體的左邊和右邊。在這個(gè)步驟中,用邊緣的本質(zhì),將邊緣與動(dòng)標(biāo)(bug)或標(biāo)號(hào)(blip)區(qū)分開(kāi)來(lái)。在一個(gè)實(shí)施例中,通過(guò)在邊緣的連續(xù)本質(zhì)和規(guī)格或標(biāo)號(hào)的空間隔離本質(zhì)之間區(qū)分開(kāi)來(lái),來(lái)完成這一點(diǎn)。在本發(fā)明的范圍內(nèi),可以使用在這些例子中用于判定邊緣所存在的任何替代試湊算法。
圖8示出實(shí)施以確定可跟蹤斑點(diǎn)組的圖3B的處理354。處理在步驟800處開(kāi)始。步驟802判定是否該處理器完成所有圖象。如果處理器完成,那么處理在步驟804處結(jié)束。如果處理器不完成,那么將控制轉(zhuǎn)移到步驟806,而且處理器位于要處理的圖象的垂直中心線(xiàn)。接著,處理器按步驟通過(guò)圖象以找到在圖象中心處開(kāi)始和向外搜索的可跟蹤斑點(diǎn)。
可跟蹤斑點(diǎn)的尺寸和維數(shù)性質(zhì)在不同實(shí)施例中產(chǎn)生變化。在某些實(shí)施例中,在單掃描線(xiàn)中,搜索可跟蹤斑點(diǎn),從而可跟蹤斑點(diǎn)是一維的。在其它實(shí)施例中,立即穿過(guò)幾根掃描線(xiàn)搜索可跟蹤斑點(diǎn),從而斑點(diǎn)是兩維的。在一些實(shí)施例中,將搜索的可跟蹤斑點(diǎn)的尺寸固定在某些象素區(qū)域,例如,10×10。在其它實(shí)施例中,不預(yù)定可跟蹤斑點(diǎn)的區(qū)域,而且對(duì)于圖象的不同區(qū)域它的尺寸可以變化。這使得系統(tǒng)是靈活的,而且選擇對(duì)于在物體上找到的可跟蹤特征類(lèi)型而言最佳尺寸的可跟蹤斑點(diǎn)。一般,當(dāng)將“區(qū)域”稱(chēng)為對(duì)于可跟蹤斑點(diǎn)校核時(shí),就想要任何尺寸或維區(qū)域,包括象素線(xiàn)。
步驟808校核處理器是否完成測(cè)試圖象的所有部分。如果處理器完成,那么將控制轉(zhuǎn)移回到步驟802。如果處理器不完成,那么搜索和分析圖象的下一個(gè)未搜索區(qū)域以在步驟810中確定它是否包含任何可跟蹤斑點(diǎn)。
存在多種方法來(lái)判定圖象的區(qū)域或部分是否對(duì)于可跟蹤斑點(diǎn)的良好候選。良好可跟蹤斑點(diǎn)是象素序列,它們具有容易可識(shí)別和可與在圖象的其它區(qū)域中的RGB矢量值區(qū)分開(kāi)來(lái)。因此,斑點(diǎn)的區(qū)分著色對(duì)于它的可跟蹤性是有利的。將可跟蹤斑點(diǎn)RGB矢量值與在表示物體的其它視圖的其它圖象中的RGB值相關(guān)。如果可跟蹤斑點(diǎn)是容易區(qū)分的,那么相關(guān)性可以提供在其它圖象中可跟蹤斑點(diǎn)的新位置上的區(qū)分尖峰信號(hào),并且成功地找到或跟蹤斑點(diǎn)。
存在多種方法來(lái)確定在圖象中的給定區(qū)域是如何唯一或可識(shí)別,因而區(qū)域是指定為可跟蹤斑點(diǎn)的良好候選者。一種方法是計(jì)算在區(qū)域內(nèi)的象素的變量值。高變量值將顯示象素值是變化的,而且至少可與固定或不變彩色背景容易地區(qū)分開(kāi)來(lái)。更加好的方法是將不同核心與要測(cè)試的圖象區(qū)域卷積以判定表面特征的質(zhì)量以及可跟蹤的可能性。可將諸如那些在Canny、Sobel和supra中限定的標(biāo)準(zhǔn)核心定義為用于校驗(yàn)可跟蹤斑點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)核心。另一方面,在一些實(shí)施例中學(xué)習(xí)或智能裝置系統(tǒng)具有發(fā)展在飛行中的定制核心的能力,其中對(duì)于在要掃描的物體上找到的表面特征類(lèi)型最優(yōu)化上述核心。于是可跟蹤斑點(diǎn)的尺寸和用于識(shí)別的核心可以保持恒定或可變。
如上所述,步驟806設(shè)置圖象的垂直中心線(xiàn)。系統(tǒng)在圖象的垂直中心線(xiàn)處開(kāi)始并對(duì)于可跟蹤斑點(diǎn)向外進(jìn)行搜索。首先在圖象的中心線(xiàn)處尋找可跟蹤斑點(diǎn)的原因在于當(dāng)由檢測(cè)器正面地觀測(cè)它們時(shí),最有可能完全和精確地感覺(jué)表面特征,而沒(méi)有變形。還可以使用到中心線(xiàn)的左邊或右邊區(qū)域。當(dāng)表面特征從物體的中心線(xiàn)旋轉(zhuǎn)開(kāi)來(lái)時(shí),它們將最終離開(kāi)檢測(cè)器的視野。在離開(kāi)檢測(cè)器的視野之前,當(dāng)由檢測(cè)器傾斜地觀測(cè)它們時(shí),表面特征將開(kāi)始部分模糊和變形。例如,在45度角處,在物體的表面上的圓周對(duì)檢測(cè)器來(lái)說(shuō)好象是橢圓形的。更難精確地跟蹤模糊和畸變的表面特征,因?yàn)樗鼈冊(cè)趫D象之間變化,而且很難定義對(duì)于它們的一致位置點(diǎn)。
在步驟812中,處理器對(duì)在搜索區(qū)域中找到的可跟蹤斑點(diǎn)作標(biāo)記。這包括存儲(chǔ)用于在斑點(diǎn)中的象素的彩色數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)斑點(diǎn)的位置。在步驟814中,處理器增加離開(kāi)中心線(xiàn)的距離以定義要搜索的新區(qū)域和將控制轉(zhuǎn)移到步驟808。如上所述,步驟808確定是否完成測(cè)試圖象。在一個(gè)實(shí)施例中,通過(guò)校驗(yàn)是否已搜索在離中心最大距離內(nèi)的整個(gè)區(qū)域來(lái)做到這一點(diǎn)。還可變化離開(kāi)中心線(xiàn)的距離,在該范圍內(nèi)處理器將搜索可跟蹤斑點(diǎn)。圖8A示出由圖8的處理器搜索可跟蹤斑點(diǎn)的圖象。圖8的上部示出物體100和下部表示放大的區(qū)域850。區(qū)域850包括大量區(qū)域或部分852,而它反過(guò)來(lái)包括象素854。區(qū)域850位于物體100的中心線(xiàn),從而將由在它的第一路徑上的處理器測(cè)試。檢驗(yàn)區(qū)域850的每個(gè)部分852以確定對(duì)于可跟蹤斑點(diǎn)的良好候選者。校驗(yàn)來(lái)自象素854的矢量彩色數(shù)據(jù),以看它是否包括預(yù)期很容易識(shí)別并可與其它區(qū)域區(qū)分開(kāi)來(lái)的特征。
如上所述,處理器在中心線(xiàn)C處開(kāi)始,并檢測(cè)良好可跟蹤斑點(diǎn)的外表,這是因?yàn)樽钣锌赡茉谥行奶幙勺R(shí)別特征。在其它實(shí)施例中,計(jì)算機(jī)可以從除了圖象的中心之外的其它位置開(kāi)始檢測(cè)斑點(diǎn)。在圖8A中,可跟蹤斑點(diǎn)示出為正方形,它具有預(yù)定區(qū)域或象素?cái)?shù)量,在這種情況下,5×5。在其它實(shí)施例中,可跟蹤斑點(diǎn)具有可變或不規(guī)則尺寸區(qū)域。還可使用不同預(yù)定尺寸的區(qū)域。重要的特征在于在圖象中識(shí)別在表面上的斑點(diǎn),從而可以確定與那些斑點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)并在其它圖象中跟蹤它們。
圖9示出當(dāng)物體旋轉(zhuǎn)時(shí),實(shí)施以確定在物體的表面上的斑點(diǎn)位置的半徑的圖3的處理356。如前所述,當(dāng)物體旋轉(zhuǎn)時(shí),獲得物體的一組兩維圖象。這些圖象包括位于兩維空間中的物體的表面特征,而且需要從圖象中的兩維信息中推斷出特征的三維位置。將有可能可跟蹤的特征指定為可跟蹤斑點(diǎn)。
通過(guò)定位每個(gè)斑點(diǎn)推斷出三維表面。通過(guò)跟蹤經(jīng)過(guò)表示物體的角度旋轉(zhuǎn)圖象的大量視野的斑點(diǎn),可以做到這個(gè)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)物體時(shí)(或者如果使用多個(gè)檢測(cè)器或可移動(dòng)檢測(cè)器,就實(shí)際旋轉(zhuǎn)--無(wú)論何時(shí)將物體描述成旋轉(zhuǎn)的,那么應(yīng)理解還可虛擬旋轉(zhuǎn)),位置在離開(kāi)旋轉(zhuǎn)軸更長(zhǎng)距離的特征比定位在離開(kāi)旋轉(zhuǎn)軸較短距離的特征移動(dòng)更大距離。對(duì)于每個(gè)可跟蹤斑點(diǎn),推斷出離物體的旋轉(zhuǎn)軸的半徑,這說(shuō)明在不同圖象中可跟蹤斑點(diǎn)的移動(dòng)。
處理在步驟900處開(kāi)始。步驟910確定處理器是否完成所有斑點(diǎn)。如果處理器完成所有斑點(diǎn),那么將控制轉(zhuǎn)移到步驟912,而且處理結(jié)束。如果保持處理更多斑點(diǎn),那么將控制轉(zhuǎn)移到步驟913,而且選擇斑點(diǎn),以及其中找到斑點(diǎn)的最初圖象。在步驟914中,處理器檢測(cè)斑點(diǎn)是否位于圖象內(nèi)的跟蹤區(qū)域的外側(cè)。如果斑點(diǎn)不在跟蹤界限(limit)的外側(cè),那么在步驟916中,處理器計(jì)算在圖象中的斑點(diǎn)的可預(yù)期路徑。如果圖象是要處理的最初圖象,那么預(yù)期路徑將簡(jiǎn)單地是在該圖象中的斑點(diǎn)的最初位置。
接著,在步驟918中,處理器找到在圖象中的斑點(diǎn)的精確位置,并存儲(chǔ)對(duì)于該圖象的位置。在步驟920中,處理器跟蹤斑點(diǎn)核心。更新斑點(diǎn)核心的理由在于當(dāng)斑點(diǎn)從中心朝向跟蹤界限的方向移動(dòng)通過(guò)圖象時(shí),斑點(diǎn)將改變。跟蹤界限限定其中跟蹤斑點(diǎn)的圖象區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中,將這個(gè)區(qū)域約束在90度范圍內(nèi)。雖然設(shè)定跟蹤界限,從而在界限內(nèi)的特征保持相對(duì)恒定,它可以在界限邊緣,斑點(diǎn)的圖象隨著角位移將改變更多更快。斑點(diǎn)的圖象變化使得很難跟蹤斑點(diǎn)并增加誤差可能性。
雖然在跟蹤斑點(diǎn)的區(qū)域內(nèi),斑點(diǎn)可以從區(qū)域的中心到區(qū)域的邊緣大量改變,但是幸運(yùn)的是,在多種情況下斑點(diǎn)將以相對(duì)連續(xù)的方法來(lái)改變。因此,雖然當(dāng)在斑點(diǎn)跟蹤區(qū)域的邊緣處觀看斑點(diǎn)好象比在斑點(diǎn)跟蹤區(qū)域的中心處觀看斑點(diǎn)要難得多,但是在斑點(diǎn)跟蹤區(qū)域的范圍內(nèi)觀看相互靠近的斑點(diǎn)是很相似的。為了利用這點(diǎn),用于所述斑點(diǎn)的核心隨著每個(gè)連續(xù)圖象而變化,從而在每個(gè)圖象中所述的斑點(diǎn)實(shí)際上是在最后圖象中找到的斑點(diǎn),而不是在中心圖象中定義的最初斑點(diǎn)。很容易將斑點(diǎn)相關(guān)并成功地跟蹤斑點(diǎn)。
一旦在步驟920中更新斑點(diǎn)核心,處理器就在步驟922中獲得下一個(gè)圖象,而且將控制轉(zhuǎn)移回到步驟914。當(dāng)步驟914確定已到達(dá)所述圖象界限時(shí),將控制轉(zhuǎn)移到步驟940。在步驟940中,濾波數(shù)據(jù)或使之平滑。濾波和平滑包括采用已知標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)和濾波技術(shù)以清除數(shù)據(jù),還可能抵制壞數(shù)據(jù)點(diǎn)。數(shù)據(jù)包括通過(guò)對(duì)于每個(gè)斑點(diǎn)的多個(gè)圖象確定的位置。這個(gè)數(shù)據(jù)與對(duì)于每個(gè)斑點(diǎn)的彩色象素信息相關(guān)聯(lián)。在步驟942,運(yùn)行最小遞歸算法(“RLS”),以使該點(diǎn)適應(yīng)曲線(xiàn)。在步驟944中,確定在可跟蹤斑點(diǎn)處從物體的旋轉(zhuǎn)軸到物體表面的半徑,這說(shuō)明了可跟蹤路徑通過(guò)圖象的移動(dòng)。然后,然后把控制轉(zhuǎn)給步驟910,處理下一個(gè)斑點(diǎn),或者,如果所有斑點(diǎn)都已處理,則控制轉(zhuǎn)移到步驟912,而且處理結(jié)束。
在完成處理356時(shí),已獲得關(guān)于物體的三維表面信息。將該三維表面信息整體鏈接到彩色數(shù)據(jù),因?yàn)閷⒖筛櫚唿c(diǎn)的矢量彩色數(shù)據(jù)用于找到在每個(gè)連續(xù)圖象中的斑點(diǎn),從而可以當(dāng)物體在不同圖象中旋轉(zhuǎn)時(shí)可以確定斑點(diǎn)的移動(dòng)。于是轉(zhuǎn)換包含與從光學(xué)檢測(cè)器獲得的兩維象素信息相結(jié)合的可跟蹤斑點(diǎn)的表面部分的半徑以提供在任何所需坐標(biāo)系統(tǒng)中的點(diǎn)的三維表示。
圖9A示出如由圖9的步驟914所用到的一組斑點(diǎn)跟蹤界限。檢測(cè)器110在物體100的表面上的點(diǎn)900處,筆直地觀測(cè)物體100,即,沿著物體的中心線(xiàn)Ci觀測(cè)。如上所述,以它的正面角度,以最小量畸變,觀測(cè)表面特征和可跟蹤斑點(diǎn)。當(dāng)可跟蹤斑點(diǎn)離點(diǎn)900旋轉(zhuǎn)時(shí),對(duì)檢測(cè)器100來(lái)說(shuō)它似乎變形并扭曲。在一個(gè)實(shí)施例中,判斷是否值得超過(guò)點(diǎn)902和點(diǎn)904跟蹤可跟蹤斑點(diǎn),上述點(diǎn)位于離點(diǎn)900有45度角限定。在每個(gè)圖象中的跟蹤界限將是與這個(gè)角度相對(duì)應(yīng)的垂直線(xiàn)。在其它實(shí)施例中,選擇其它界限。還可由系統(tǒng)學(xué)習(xí)界限或者根據(jù)數(shù)據(jù)的本質(zhì)確定界限,從而不需要設(shè)定任何預(yù)定界限。
圖9B示出經(jīng)過(guò)帶有不同角位移的不同圖象的可跟蹤斑點(diǎn)的移動(dòng),如在圖9的步驟916中計(jì)算的那樣。在這個(gè)圖象中的物體100是對(duì)稱(chēng)形瓶,從而物體100的廓影可以保持不變,但是當(dāng)物體100旋轉(zhuǎn)時(shí),在物體100的表面上的特征移動(dòng)。示出物體100具有可跟蹤斑點(diǎn)950、可跟蹤斑點(diǎn)952和可跟蹤斑點(diǎn)954。示出可跟蹤斑點(diǎn)954位于檢測(cè)器視圖的水平和垂直中心線(xiàn)的精確交叉點(diǎn)處。當(dāng)分析物體100的角偏置(angularly displaced)圖象以找到可跟蹤斑點(diǎn)954時(shí),不必以隨機(jī)方法來(lái)搜索對(duì)于可跟蹤斑點(diǎn)的整個(gè)圖象。預(yù)期可跟蹤斑點(diǎn)954沿著線(xiàn)956移動(dòng),從而應(yīng)沿著線(xiàn)956進(jìn)行在物體100的連續(xù)圖象中對(duì)可跟蹤斑點(diǎn)954的搜索。注意,由于可跟蹤斑點(diǎn)954位于在第一圖象中檢測(cè)器視圖的中心線(xiàn),所以線(xiàn)956是直的。類(lèi)似地,預(yù)期可跟蹤斑點(diǎn)952緊跟著在圖象中的線(xiàn)958,其中角偏置可跟蹤斑點(diǎn)952,而且線(xiàn)959是預(yù)期在角偏置圖象中緊跟著可跟蹤斑點(diǎn)950的路徑。線(xiàn)958是彎曲的,不象直線(xiàn)956,這是因?yàn)榫€(xiàn)958不通過(guò)檢測(cè)器視圖的中心Cd。如熟悉現(xiàn)有技術(shù)的人員已知的那樣,預(yù)期不位于中心處的特征緊跟著極間(epipolar)軌道。由于線(xiàn)959離檢測(cè)器視圖的中心比線(xiàn)958更遠(yuǎn),所以線(xiàn)959比線(xiàn)958更加彎曲。于是,由于當(dāng)物體100旋轉(zhuǎn)時(shí),從極間軌道已知可跟蹤斑點(diǎn)的預(yù)期路徑,所以可以很快地將可跟蹤斑點(diǎn)位于角偏置圖象中。
可跟蹤斑點(diǎn)沿著對(duì)于給定的角位移的它的預(yù)期路徑移動(dòng)的距離或者當(dāng)物體旋轉(zhuǎn)時(shí)每個(gè)可跟蹤斑點(diǎn)的移動(dòng)速度,不是已知的。位置變化將隨著可跟蹤斑點(diǎn)離物體的旋轉(zhuǎn)軸的半徑距離而改變。這是如何確定離物體的旋轉(zhuǎn)軸的半徑。
圖9C示出在如圖9的步驟918確定的圖象中,確定斑點(diǎn)的精確位置。在前面的圖象中,觀測(cè)可跟蹤斑點(diǎn)960,而且由它的中心點(diǎn)961限定它的位置。已知中心點(diǎn)961的預(yù)期路徑962。處理器沿著預(yù)期路徑962搜索帶有用于斑點(diǎn)的圖象數(shù)據(jù)的可跟蹤斑點(diǎn)960的良好相關(guān)性。由虛線(xiàn)所表示的斑點(diǎn)964不成象由實(shí)現(xiàn)所表示的作為斑點(diǎn)966的良好相關(guān)性。確定斑點(diǎn)966是斑點(diǎn),而且確定在新圖象中的可跟蹤斑點(diǎn)的位置是表示斑點(diǎn)966的位置的點(diǎn)968。
在這個(gè)例子中,用斑點(diǎn)的中心點(diǎn)來(lái)表示整個(gè)斑點(diǎn)的位置。只要斑點(diǎn)很小,這種解決方法就很有效。在其它實(shí)施例中,對(duì)于斑點(diǎn)定義多個(gè)點(diǎn),或者對(duì)于斑點(diǎn)定義根據(jù)構(gòu)成斑點(diǎn)的象素彩色的加權(quán)平均點(diǎn)。在所示實(shí)施例中,由表示可跟蹤斑點(diǎn)960的中心的中心點(diǎn)961到表示角偏置斑點(diǎn)966的中心的點(diǎn)968的移動(dòng),表示在角偏置的不同圖象中斑點(diǎn)的位置和斑點(diǎn)的移動(dòng)。
圖9D示出未處理數(shù)據(jù)點(diǎn)的濾波,如圖9的步驟940中執(zhí)行的那樣。示出不精確推斷的點(diǎn)970,這是因?yàn)樗奈恢秒x開(kāi)預(yù)期曲線(xiàn)。在濾波處理之后,點(diǎn)970已移到點(diǎn)972,它位于預(yù)期路徑中??梢允褂脦追N標(biāo)準(zhǔn)濾波技術(shù)。已知物體的旋轉(zhuǎn)頻率,而且所有表面特征移動(dòng)都發(fā)生在與該頻率相對(duì)應(yīng)的空間頻率處。在一個(gè)實(shí)施例中,用磚墻(brick wall)濾波器來(lái)濾波數(shù)據(jù)以去除在其它頻率下發(fā)生的移動(dòng)。
在其中物體不在恒定頻率下旋轉(zhuǎn)的實(shí)施例中,或者不旋轉(zhuǎn)物體就獲得物體的視圖的實(shí)施例中(例如,通過(guò)使用多個(gè)攝像機(jī)),于是在圖象中的特征的發(fā)生空間頻率不與物體的旋轉(zhuǎn)頻率相對(duì)應(yīng)。在這樣的實(shí)施例中,運(yùn)用改良的Z-轉(zhuǎn)換方法來(lái)濾波未處理數(shù)據(jù)。當(dāng)偏置是不一致時(shí),用改良的Z轉(zhuǎn)換方法來(lái)濾波數(shù)據(jù)。
圖9E示出如何根據(jù)表示通過(guò)角偏置圖象的可跟蹤斑點(diǎn)的路徑的點(diǎn)確定半徑并與圖9的步驟940和942相對(duì)應(yīng)。圖9E是表示當(dāng)對(duì)斑點(diǎn)離中心的角偏差離圖象的中心角偏置它時(shí),距離的第一派生物或斑點(diǎn)的速度的曲線(xiàn)圖980。當(dāng)角位移是零時(shí),可跟蹤斑點(diǎn)的位移是零,它的線(xiàn)性速度是最大值。當(dāng)角位移增加時(shí),速度根據(jù)位移的角度余弦而變化。
可以根據(jù)如曲線(xiàn)980所示的斑點(diǎn)的速度示圖確定斑點(diǎn)離物體的旋轉(zhuǎn)軸的半徑距離R。注意,已知這個(gè)曲線(xiàn)的頻率,從而可以濾波數(shù)據(jù),而且可以精確地確定曲線(xiàn)的幅度。在可跟蹤斑點(diǎn)的位移的實(shí)際速率適于余弦曲線(xiàn)之后,確定余弦曲線(xiàn)的幅度。從幅度推斷出可跟蹤斑點(diǎn)的半徑。在不同實(shí)施例中使用其它處理方法以推斷半徑。在一個(gè)實(shí)施例中,斑點(diǎn)的位移,不是速度,適于正弦曲線(xiàn)。實(shí)施例可以使用可獲得的任何一種方法來(lái)推斷出半徑,這說(shuō)明了斑點(diǎn)移動(dòng)。
圖10示出一旦已知可跟蹤斑點(diǎn)的半徑就可發(fā)生后面處理過(guò)程。處理在步驟1000處開(kāi)始。在步驟1010處,將用于可跟蹤斑點(diǎn)的半徑距離數(shù)據(jù)與來(lái)自圖象的兩維可跟蹤斑點(diǎn)數(shù)據(jù)相結(jié)合,并將它轉(zhuǎn)換成所需坐標(biāo)系統(tǒng)。在步驟1020中,將與可跟蹤斑點(diǎn)相關(guān)的彩色數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成所需彩色系統(tǒng)用以存儲(chǔ)。步驟1030執(zhí)行點(diǎn)的插入和抽取(decimation)。在一個(gè)實(shí)施例中,插入所有可跟蹤斑點(diǎn)點(diǎn),從而可以定義表面點(diǎn)的規(guī)則陣列以建立物體的表面模型。在步驟1040中,把在步驟1030中推斷出的點(diǎn)和與以由步驟1020確定的形式的那些點(diǎn)相關(guān)的彩色值存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。在步驟105處完成這個(gè)處理。
在這個(gè)處理中,注意彩色數(shù)據(jù)與三維位置數(shù)據(jù)不匹配是常常需要的。對(duì)于可跟蹤斑點(diǎn)的彩色數(shù)據(jù)已與可跟蹤斑點(diǎn)相關(guān),它定義物體的表面點(diǎn),而且實(shí)際上用輔助于計(jì)算那些點(diǎn)的三維位置。當(dāng)抽取和插入可跟蹤斑點(diǎn)時(shí),可能插入彩色值。由于已將彩色信息與確定其位置以建立物體的表面模型的斑點(diǎn)相關(guān)聯(lián),所以不發(fā)生任何誤對(duì)準(zhǔn)彩色。
雖然根據(jù)幾個(gè)較佳實(shí)施例描述本發(fā)明,但是存在落在本發(fā)明的范圍內(nèi)的變通、交換和等同方法。應(yīng)注意,存在執(zhí)行本發(fā)明的處理和裝置的多種變通方法。因此,下面所附的權(quán)利要求書(shū)包括落在本發(fā)明的真正構(gòu)思和范圍內(nèi)的所有這樣的變通、交換和等同方法。
權(quán)利要求
1.一種三維數(shù)字掃描器,其特征在于,包括對(duì)可見(jiàn)光的寬頻譜起反應(yīng)的多視圖檢測(cè)器裝置,所示多視圖檢測(cè)器裝置可用于顯現(xiàn)要掃描的三維物體的多個(gè)圖象,從多個(gè)相對(duì)于所述物體的相對(duì)角度取出所述多個(gè)圖象,所述多個(gè)圖象描述要掃描的所述物體的多個(gè)表面部分;和包括計(jì)算單元的數(shù)字處理器,將所述數(shù)字處理器與所述檢測(cè)器裝置耦合,所述數(shù)字處理器對(duì)所述多個(gè)圖象起反應(yīng)并可與所述計(jì)算單元一起用于顯現(xiàn)所述物體的所述多個(gè)表面部分的三維坐標(biāo)位置和相關(guān)圖象信息;從而可由所述數(shù)字處理器發(fā)展要掃描的所述物體的三維圖象,它包括形狀和表面圖象。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置,其特征在于,所述多視圖檢測(cè)器裝置包括至少一個(gè)檢測(cè)器和用于旋轉(zhuǎn)所述物體的裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置,其特征在于,所述數(shù)字處理器用于決定在所述多個(gè)圖象的至少一個(gè)圖象中的所述物體的邊界。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置,其特征在于,所述數(shù)字處理器用于在多個(gè)圖象的至少一個(gè)圖象中使用數(shù)學(xué)函數(shù)來(lái)決定所述物體的邊界。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置,其特征在于,所述數(shù)字函數(shù)是帶有預(yù)定核的所述圖象信息的相關(guān)函數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置,其特征在于,所述數(shù)字處理器用于識(shí)別所述多個(gè)圖象的至少一個(gè)之中的可跟蹤表面特征。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置,其特征在于,所述數(shù)字處理器用于決定在所述多個(gè)圖象的至少兩個(gè)之中所述可跟蹤表面特征的二維位置。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置,其特征在于,所述數(shù)字處理器用于根據(jù)所述兩維位置之間的差別決定所述可跟蹤表面特征的三維位置。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置,其特征在于,所述檢測(cè)器裝置包括彩色檢測(cè)器,以及所述相關(guān)的圖象信息包括彩色。
10.如權(quán)利要求6所述的裝置,其特征在于,所述數(shù)字處理器用于決定從可跟蹤表面特征到旋轉(zhuǎn)軸的半徑。
11.一種三維彩色數(shù)字掃描器包括彩色檢測(cè)器,它對(duì)可見(jiàn)光寬光譜起反應(yīng)以顯現(xiàn)要掃描的三維物體的多個(gè)圖象;具有一旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)物體支持物,所述物體支持物可使所述檢測(cè)器顯現(xiàn)由所述物體支持物支持的三維物體的多個(gè)圖象,其中所述多個(gè)圖象描給所述物體的多個(gè)表面部分;耦合到所述檢測(cè)器并對(duì)所述多個(gè)圖象起反應(yīng)的數(shù)字計(jì)算機(jī),所述數(shù)字計(jì)算機(jī)跟蹤所述物體的所述表面部分的斑點(diǎn)以決定所述斑點(diǎn)的坐標(biāo)作為所述旋轉(zhuǎn)物體支持物的旋轉(zhuǎn)的函數(shù),所述數(shù)字計(jì)算機(jī)還決定自所述旋轉(zhuǎn)的軸算起的所述斑點(diǎn)的半徑。
12.如權(quán)利要求11所述的三維彩色數(shù)字掃描器,其特征在于,所述數(shù)字計(jì)算機(jī)用于決定在多個(gè)圖象的至少一個(gè)之中所述物體的二維邊界。
13.如權(quán)利要求11所述的三維彩色數(shù)字掃描器,其特征在于,決定所述斑點(diǎn)的半徑包括決定第一派生物。
14.一種掃描三維物體的方法,其特征在于包括顯現(xiàn)要掃描的三維物體的多個(gè)圖象,所述多個(gè)圖象取自相對(duì)所述物體的多個(gè)相對(duì)角度,所述多個(gè)圖象描繪要掃描的所述物體的多個(gè)表面部份;以及根據(jù)所述多個(gè)圖象,計(jì)算所述物體的所述多個(gè)表面部分的三維坐標(biāo)位置及相關(guān)的圖象信息,從而要掃描的所述物體的三維圖象能被顯現(xiàn),這包括形狀和表面圖象信息兩者。
15.如權(quán)利要求14所述的方法,其特征在于,計(jì)算所述多個(gè)表面部分的三維坐標(biāo)位置和相關(guān)的圖象信息包括決定所述表面各部分的至少一個(gè)部分離旋轉(zhuǎn)軸的半徑。
16.如權(quán)利要求14所述的方法,其特征在于,計(jì)算所述多個(gè)表面部分的三維坐標(biāo)位置和相關(guān)的圖象信息包括決定跟蹤所述多個(gè)表面部分的要極限。
17.如權(quán)利要求14所述的方法,其特征在于,計(jì)算所述多個(gè)表面部分三維坐標(biāo)位置和相關(guān)的圖象信息包括代表在至少一圖象中的至少一個(gè)表面部分的圖象的核與在至少另一個(gè)圖象中的所述表面部分的圖象相關(guān)。
18.一種決定物體的表面部分的三維坐標(biāo)的方法,其特征在于包括獲得所述物體的所述表面部分的多個(gè)圖象;識(shí)別在所述多個(gè)圖象的一個(gè)初始圖像中所述表面部分的可跟蹤斑點(diǎn);決定在所述初始圖象中所述可跟蹤斑點(diǎn)的二維坐標(biāo)的初始組。分析所述多個(gè)圖象以決定在所述多個(gè)圖象的至少另一個(gè)圖象中的所述可跟蹤斑點(diǎn)的至少一個(gè)附加二維坐標(biāo)組;根據(jù)所述二維坐標(biāo)組,決定所述可跟蹤斑點(diǎn)的徑向坐標(biāo);根據(jù)所述可跟蹤斑點(diǎn)的所述徑向坐標(biāo),決定一組所述可跟蹤斑點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
19.如權(quán)利要求18所述的方法,其特征在于,分析所述多個(gè)圖象以決定在所述多個(gè)圖象的至少另一個(gè)圖象中所述可跟蹤斑點(diǎn)的至少一個(gè)附加二維坐標(biāo)組包括相關(guān)。
20.如權(quán)利要求18所述的方法,其特征在于,根據(jù)所述二維坐標(biāo)組決定所述可跟蹤斑點(diǎn)的徑向坐標(biāo)包括決定跨越所述多個(gè)圖象的所述可跟蹤斑點(diǎn)的所述徑向速度。
21.一種決定物體表面部分的三維坐標(biāo)的方法,其特征在于包括繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)所述物體;當(dāng)所述物體繞所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí),得到所述物體的所述表面部分的多個(gè)圖象;在所述物體的所述表面部分中,識(shí)別可跟蹤斑點(diǎn);決定所述圖象中所述可跟蹤斑點(diǎn)的二維坐標(biāo);作為所述物體轉(zhuǎn)動(dòng)的函數(shù)跟蹤所述可跟蹤斑點(diǎn)的移動(dòng);根據(jù)作為所述物體的所述轉(zhuǎn)動(dòng)的函數(shù)的所述可跟蹤斑點(diǎn)的移動(dòng),決定所述可跟蹤斑點(diǎn)離所述旋轉(zhuǎn)軸的徑向距離;根據(jù)所述可跟蹤斑點(diǎn)的所述坐標(biāo)以及所述可跟蹤斑點(diǎn)離旋轉(zhuǎn)軸的所述徑向距離,決定所述物體的所述表面部分的所述三維坐標(biāo)。
22.如權(quán)利要求21所述的方法,其特征在于,作為所述物體旋轉(zhuǎn)的函數(shù)跟蹤可跟蹤斑點(diǎn)的移動(dòng)包括把所述可跟蹤斑點(diǎn)的圖象與所述物體的圖象的各部分相關(guān)。
23.如權(quán)利要求21所述的方法,其特征在于,根據(jù)所述可跟蹤斑點(diǎn)的移動(dòng)決定所述可跟蹤斑點(diǎn)離所述旋轉(zhuǎn)軸的所述徑向距離包括決定所述可跟蹤斑點(diǎn)的徑向速度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種三維數(shù)字掃描器,它包括對(duì)可見(jiàn)光的寬頻譜起反應(yīng)的多視圖檢測(cè)器。多視圖檢測(cè)器用于顯現(xiàn)正在掃描的三維物體的多個(gè)圖像。多個(gè)圖像取自相對(duì)于物體的多個(gè)相對(duì)角度,多個(gè)圖像描述物體的多個(gè)表面部分。包括計(jì)算單元的數(shù)字處理器耦合到檢測(cè)器,并對(duì)于多個(gè)圖像起反應(yīng),從而顯現(xiàn)物體的多個(gè)表面部分的三維坐標(biāo)位置和相關(guān)圖像信息。因此,由數(shù)字處理器顯現(xiàn)要掃描的物體的三維圖像。顯現(xiàn)的數(shù)據(jù)包括形狀和表面圖像彩色信息。
文檔編號(hào)G01B11/00GK1242074SQ97180939
公開(kāi)日2000年1月19日 申請(qǐng)日期1997年10月24日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月25日
發(fā)明者J·L·米拉蒙提, F·E·米勒 申請(qǐng)人:威伍沃克斯股份有限公司