一种三维成像系统及方法与流程

1.本公开涉及三维成像技术领域，尤其涉及一种三维成像系统、方法及装置。


背景技术：

2.三维成像技术可以通过测量待测物体的三维坐标，根据待测物体的三维坐标实现对待测物体的三维成像，以获取待测物体具体的形貌信息和位置信息等，三维成像技术应用领域广泛，例如，自动驾驶领域中在用户驾驶车辆行驶于复杂路面时，可以利用三维成像技术检测路面上的行驶障碍物并对其进行三维成像，获取障碍物的形貌信息和位置信息。
3.相关技术中，三维成像方法包括双目立体视觉法(双目体视法)、条纹投影结构光法(条纹投影法)、激光三角法、飞行时间法(tof)等方法。其中，双目体视法通过双目立体视觉系统实现三维坐标的测量，该系统一般由两个摄像机构成，模拟人眼视觉并基于视差原理，在已知两个摄像机之间的位置关系的情况下，获取两摄像机公共视场内待测物的三维坐标，依据三维坐标获取待测物的三维图像；条纹投影法，通过将一个载频条纹投影到待测物表面，利用成像设备从另一个角度获取由待测物体高度调制的变形条纹图像，解调该变形条纹图像并重建出待测物的三维图像。
4.但相关技术中，单独采用双目体视法进行三维成像时，首先需要对双目立体视觉系统中的两台摄像机分别进行标定(单目标定)，然后对两台摄像机之间的矩阵转换关系进行标定(双目标定)，匹配两台摄像机的视差图以获取待测物的三维坐标，存在双目立体视觉系统不够灵活且双目体视法相对复杂的技术问题；而单独采用条纹投影法进行三维成像时，条纹投影法成像精度容易受到投影仪和摄像机的非线性和环境变化的影响，该方法存在容易受设备与环境影响造成误差的问题。


技术实现要素：

5.本公开提供一种三维成像系统、方法及装置，以至少解决相关技术中采用双目体视法进行三维成像时，使用的双目立体视觉系统不够灵活，计算相对复杂的问题，以及采用条纹投影法进行三维成像时，容易受设备与环境影响结果造成误差的问题。本公开的技术方案如下：
6.根据本公开实施例的一方面，提供一种三维成像系统，包括：
7.摄像机、第一组反射镜、第二组反射镜和三维成像模块；
8.所述摄像机面向待测物；所述第一组反射镜的反射面面向所述待测物；所述第一组反射镜用于将来自所述待测物的入射光线反射到所述第二组反射镜上，并基于所述入射光线的延长线确定第一虚拟光心和第二虚拟光心；
9.所述第二组反射镜位于所述第一组反射镜内侧；所述第二组反射镜用于将所述第一组反射镜反射的所述入射光线反射到所述摄像机上，以使所述摄像机采集所述待测物的二维图像；
10.根据本公开实施例的第二方面，提供一种三维成像方法，包括：
11.基于所述三维成像系统中的第一组反射镜，将来自待测物的入射光线反射到所述三维成像系统中的第二组反射镜上；
12.基于所述第二组反射镜将所述第一组反射镜反射的所述入射光线反射到所述三维成像系统中的摄像机上，以使所述摄像机采集待测物的二维图像；
13.基于所述入射光线的延长线确定第一虚拟光心和第二虚拟光心；
14.基于第一坐标系、第二坐标系、第三坐标系、第四坐标系和第五坐标系，对所述二维图像进行三维成像处理，得到所述待测物的目标三维图像；
15.其中，所述第一坐标系为以所述第一虚拟光心为原点的二维坐标系；所述第二坐标系为以所述第一虚拟光心为原点的三维坐标系；所述第三坐标系以所述第二虚拟光心为原点的二维坐标系；所述第四坐标系为以所述第二虚拟光心为原点的三维坐标系；所述第五坐标系为以所述第一虚拟光心与所述第二虚拟光心连线中点为原点的的三维坐标系。
16.根据本公开实施例的第三方面，提供一种三维成像装置，包括：
17.第一反射模块，用于基于所述三维成像系统中的所述第一组反射镜，将来自待测物的入射光线反射到所述三维成像系统中所述第二组反射镜上；
18.第二反射模块，用于基于所述第二组反射镜将来自所述第一组反射镜的入射光线反射到所述三维成像系统中的所述摄像机上，以使所述摄像机采集所述待测物的二维图像；
19.虚拟光心确定模块，基于所述入射光线的延长线确定所述第一虚拟光心和所述第二虚拟光心；
20.目标三维图像获取模块，用于基于所述第一坐标系、所述第二坐标系、所述第三坐标系、所述第四坐标系和所述第五坐标系，对所述二维图像进行三维成像处理，得到所述待测物的目标三维图像。
21.本公开的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
22.在进行三维成像时，首先建立三维成像系统，该系统包括：摄像机；第一组反射镜，用于将来自所述待测物的入射光线反射到所述第二组反射镜上，并基于所述入射光线的延长线确定第一虚拟光心和第二虚拟光心；第二组反射镜，用于将来自第一组反射镜的入射光线反射到摄像机上，以使摄像机采集待测物的二维图像；三维成像模块，用于基于第一坐标系、第二坐标系、第三坐标系、第四坐标系和第五坐标系，对二维图像进行三维成像处理，得到待测物的目标三维图像。
23.基于该系统，当待测物处于摄像机对应的有效视场内时，来自待测物的入射光线依次通过第一组反射镜和第二组反射镜，最终反射到摄像机上，摄像机可以获取到待测物的二维图像，同时，该系统中建立的第一虚拟光心和第二虚拟光心可以看作是两个虚拟摄像机的虚拟光心，基于两个虚拟摄像机的虚拟光心建立5个坐标系，实现了单目(真实的摄像机)转双目(两个虚拟摄像机)的立体视觉测量方法，即，该系统只使用一台摄像机即可完成基于双目体视法的三维坐标测量，该系统中的三维成像模块基于上述五个坐标系对摄像机获取到的二维图像进行三维成像处理，最终得到待测物的三维图像。在对待测物进行三维成像时，基于三维成像系统从而可以使用单目转双目立体视觉测量法测量待测物三维坐标，并对待测物进行三维成像，三维成像系统设计简单巧妙，基于三维成像系统的三维成像方法实现了对待测物的三维成像，三维成像过程更为简易。
24.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
25.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理，并不构成对本公开的不当限定。
26.图1是根据一示例性实施例示出的一种三维成像系统的示意图；
27.图2是根据一示例性实施例示出的一种三维成像方法的流程图；
28.图3是根据一示例性实施例示出的另一种三维成像方法的流程示意图；
29.图4是根据一示例性实施例示出的另一种三维成像方法的流程示意图；
30.图5是根据一示例性实施例示出的一种三维成像装置框图；
31.图6是根据一示例性实施例示出的一种用于三维成像的电子设备的框图。
具体实施方式
32.为了使本领域普通人员更好地理解本公开的技术方案，下面将结合附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
33.需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
34.需要说明的是，本公开所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于展示的数据、分析的数据等)，均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。
35.请参阅图1，图1是根据一示例性实施例示出的一种三维成像系统的示意图，该系统可以包括摄像机10、第一组反射镜20(包括第一反射镜21与第二反射镜22)、第二组反射镜30(包括第三反射镜31与第四反射镜32)和三维成像模块40。
36.在一个可选的实施例中，上述摄像机10面向待测物，具体的，摄像机10可以为能获取待测物的二维图像的摄像机，具体的，能获取待测物的二维图像的摄像机可以包括彩色摄像机、黑白摄像机、ccd摄像机和cmos摄像机等摄像机；上述第一组反射镜20的反射面面向待测物，具体的，第一组反射镜20可以用于将来自待测物的入射光线反射到第二组反射镜上，并基于通过第一组反射镜的上述入射光线的延长线确定第一虚拟光心和第二虚拟光心，具体的，第一组反射镜20可以为平面镜；上述第二组反射镜30位于第一组反射镜内侧，具体的，第二组反射镜30可以用于将第一组反射镜20的反射的上述入射光线反射到摄像机10上，以使摄像机10采集待测物的二维图像，具体的，第二组反射镜30可以为平面镜；上述三维成像模块40可以用于基于第一坐标系、第二坐标系、第三坐标系、第四坐标系和第五坐标系，对二维图像进行三维成像处理，得到待测物的目标三维图像，具体的，三维成像模块可以包括参数标定装置、图像处理装置和三维成像显示装置，具体的，参数标定装置可以用
于标定三维成像系统对应的参数，图像处理装置可以用于处理摄像机获取的待测物的二维图像并生成待测物的三维图像，三维成像显示装置可以用于显示待测物的三维图像。
37.在一个具体的实施例中，上述第一坐标系为以第一虚拟光心为原点的二维坐标系；第二坐标系为以第一虚拟光心为原点的三维坐标系；第三坐标系以第二虚拟光心为原点的二维坐标系；第四坐标系为以第二虚拟光心为原点的三维坐标系；第五坐标系为以第一虚拟光心与第二虚拟光心连线中点为原点的三维坐标系。
38.在一个可选的实施例中，上述第一组反射镜20与摄像机10呈第一预设距离，具体的，第一预设距离为第一组反射镜可以将来自待测物的入射光线反射到第二组反射镜的一段距离，具体的，该距离可以为用户提前设置的一段距离，例如：0.5米。
39.在一个具体的实施例中，上述第一组反射镜20包括：关于摄像机10的镜头的光轴对称布置的第一反射镜21与第二反射镜22，具体的，上述第一反射镜21与第二反射镜22的反射面均面向待测物，具体的，第一反射镜21与第二反射镜22可以为平面镜。
40.在一个可选的实施例中，上述第二组反射镜30与摄像机10呈第二预设距离，具体的，第二预设距离为第二组反射镜可以将第一组反射镜反射的来自待测物的入射光线反射到摄像机上的一段距离，具体的，该距离可以为用户提前设置的一段距离，例如0.5米。
41.在一个具体的实施例中，上述第二组反射镜30包括：关于摄像机10的镜头的光轴对称布置的第三反射镜31和第四反射镜32，具体的，第三反射镜31与第四反射镜32的反射面均面向摄像机，具体的，第三反射镜31与第四反射镜32可以为平面镜。
42.在一个可选的实施例中，上述摄像机10用于面向任一待测物提供三维成像中的获取任一待测物的二维图像的服务，上述三维成像模块40用于面向任一待测物提供三维成像中的对任一待测物的二维图像进行三维成像处理，以得到任一待测物的目标三维图像的服务。
43.在实际应用中，上述摄像机10为采用普通镜头(非移轴镜头)的摄像机，具体的，该摄像机为镜头的所有镜片的光轴是重合的摄像机；上述三维成像模块40可以包括但不限于台式计算机、平板电脑、笔记本电脑、智能手机等类型的电子设备，可选的，电子设备上运行的操作系统可以包括但不限于安卓系统、ios系统、linux、windows等。
44.在一个可选的实施例中，上述系统还包括：投影仪50，上述投影仪50用于生成载频条纹并将载频条纹投射至待测物上，以使摄像机采集到待测物上的变形条纹图像。
45.在一个具体的实施例中，上述载频条纹可以包括双频干涉条纹、正弦条纹和正交条纹等载频条纹；上述变形条纹图像为由待测物的高度调制后产生的变形后的载频条纹图像。
46.相应的，上述投影仪50可以采用双频干涉条纹投影、平行光干涉条纹投影、正弦条纹投影和基于格雷码的条纹投影等方法，生成载频条纹并将载频条纹投射至待测物上，具体的，投影仪50可以采用dmd、lcd、圆形光栅、正交光栅和空间光调制器等条纹生成器，从而生成双频干涉条纹、正弦条纹和正交条纹等载频条纹，进而将该载频条纹投影至待测物表面。
47.在一个具体的实施例中，上述投影仪50面向待测物，且位于摄像机10的镜头的光轴，与摄像机10呈第三预设距离，具体的，上述第三预设距离大于第二预设距离，具体的第三预设距离可以为用户基于第二预设距离设置的一段距离，例如：在第二预设距离为0.5米
时，用户将第三预设距离设置为0.6米。
48.上述实施例中，三维成像系统包括摄像机10、第一组反射镜20、第二组反射镜30和三维成像模块40，来自待测物的多道入射光线将先后通过射入第一组反射镜20和第二组反射镜30，最终反射摄像机10，以使摄像机10获取待测物的二维图像，并基于二维图像与第一至第五坐标系，三维成像模块40可以生成待测物的目标三维图像，该系统为单目转双目立体视觉系统，结构紧凑设计巧妙，仅使用一台摄像机即可通过使用该系统实现后续的三维成像方法，进而完成对待测物的三维成像，同时系统可以设置投影仪50，便于结合条纹投影法实现对待测物的三维成像。
49.此外，需要说明的是，图1所示的仅仅是本公开提供的一种三维成像系统，在实际应用中，该可以包括其他装置，例如可以包括更多的投影仪。
50.本说明书实施例中，上述摄像机10和三维成像模块40可以通过有线或无线通信方式进行直接或间接地连接，本公开在此不做限制。
51.以下介绍一种基于上述三维成像系统的三维成像方法的实施例，如图2所示，图2是根据一示例性实施例示出的一种三维成像方法的流程图，该方法可以包括以下步骤：
52.在步骤s201中，基于三维成像系统中的第一组反射镜，将来自待测物的入射光线反射到三维成像系统中的第二组反射镜上。
53.在一个具体的实施例中，上述第一组反射镜包括：第一反射镜和第二反射镜；上述方法可以为，当待测物处于摄像机的有效视场内时，具体的，当待测物处于摄像机的有效视场内时，为当待测物处于摄像机可以观测到物体的最大范围内时，来自待测物的多道入射光线分别射入第一反射镜和第二反射镜，多道入射光线分别通过第一反射镜和第二反射镜反射向第二组反射镜。
54.在步骤s203中，基于第二组反射镜将第一组反射镜反射的来自待测物的入射光线反射到三维成像系统中的摄像机上，以使摄像机采集待测物的二维图像。
55.在一个具体的实施例中，上述第二组反射镜包括：第三反射镜和第四反射镜；上述方法可以为，来自待测物的多道入射光线分别通过第一反射镜和第二反射镜反射向第三反射镜和第四反射镜，第三反射镜和第四反射镜将第一反射镜和第二反射镜反射的待测物的入射光线分别反射到三维成像系统中的摄像机上，以使摄像机采集待测物的二维图像，具体的，第三反射镜将第一反射镜反射的待测物的入射光线反射到三维成像系统中的摄像机上，同时，第四反射镜将第二反射镜反射的待测物的入射光线反射到三维成像系统中的摄像机上，以使摄像机采集待测物的二维图像。
56.上述实施例中，基于三维成像系统中的第一组反射镜，将来自待测物的入射光线反射到三维成像系统中的第二组反射镜上；并基于第二组反射镜将来自第一组反射镜的入射光线反射到三维成像系统中的摄像机上。通过使来自待测物的入射光线经过两次反射再射入摄像机，以确保摄像机能采集待测物入射光线经过两次反射后的形成的二维图像，便于后续对二维图形进行处理以生成待测物的三维图像。
57.在步骤s205中，基于通过第一组反射镜的入射光线的延长线确定第一虚拟光心和第二虚拟光心。
58.在一个具体的实施例中，上述第一虚拟光心和第二虚拟光心可以看作是两个虚拟摄像机的光心；上述方法可以为，当来自待测物的至少两道不平行的入射光线射向第一反
射镜时，分别作上述多道入射光线的延长线，得出上述多道入射光线的延长线的交点，该交点即为第一虚拟光心，同时，当来自待测物的至少两道不平行的入射光线射向第二反射镜时，分别作上述多道入射光线的延长线，得出上述多道入射光线的延长线的交点，该交点即为第二虚拟光心。
59.在一个具体的实施例中，上述方法还包括：
60.基于第一虚拟光心建立第一虚拟摄像机；
61.基于第二虚拟光心建立第二虚拟摄像机。
62.在一个具体的实施例中，上述第一虚拟摄像机和第二虚拟摄像机可以用于确定三维成像系统对应的参数，通过建立两个虚拟摄像机可以实现单目(真实的摄像机)转双目(两个虚拟摄像机)的立体视觉测量方法，从而基于三维成像系统对应的参数依据双目立体视觉测量方法计算出待测物对应的三维坐标，进而根据待测物对应的三维坐标进行三维成像。
63.上述实施例中，基于入射光线的延长线确定第一虚拟光心和第二虚拟光心，并基于第一虚拟光心和第二虚拟光心可以建立第一虚拟摄像机和第二虚拟摄像机，使得摄像机获取的二维图像可以分析为由两个虚拟摄像机获得的二维图像，实现单目(真实摄像机)转双目(两个虚拟摄像机)进行立体视觉测量，进而简化双目立体视觉法的过程，使计算更为简单。
64.在步骤s207中，基于第一坐标系、第二坐标系、第三坐标系、第四坐标系和第五坐标系，对二维图像进行三维成像处理，得到待测物的目标三维图像。
65.在一个具体的实施例中，上述第一坐标系为以第一虚拟光心为原点的二维坐标系，具体的，第一坐标系为根据第一虚拟光心对应的第一虚拟摄像机建立的图像物理坐标系，用于表示待测物的三维点在图像平面上的投影位置，x轴平行于图像平面水平向右，y轴垂直于x轴向下；第二坐标系为以第一虚拟光心为原点的三维坐标系，具体的，第二坐标系为根据第一虚拟光心对应的第一虚拟摄像机建立的双目系统的相机坐标系，x,y轴平行于图像坐标系的x,y轴，第一虚拟摄像机光轴为z轴，坐标系满足右手法则；第三坐标系以第二虚拟光心为原点的二维坐标系，具体的，第三坐标系为根据第二虚拟光心对应的第二虚拟摄像机建立的图像物理坐标系，x轴平行于图像平面水平向右，y轴垂直于x轴向下；第四坐标系为以第二虚拟光心为原点的三维坐标系，具体的，第四坐标系为根据第二虚拟光心对应的第二虚拟摄像机建立的双目系统的相机坐标系，x,y轴平行于图像坐标系的x,y轴，第二虚拟摄像机光轴为z轴，坐标系满足右手法则；第五坐标系为以第一虚拟光心与第二虚拟光心连线中点为原点的三维坐标系，该连线中点位于真实的摄像机的光轴上，其中，第五坐标系为待测物的世界坐标系，用于表征待测物在真实三维空间中的位置。
66.在一个具体的实施例中，如图3所示，上述基于第一坐标系、第二坐标系、第三坐标系、第四坐标系和第五坐标系，对二维图像进行三维成像处理，得到待测物的目标三维图像包括：
67.在步骤s2071中，基于二维图像，确定待测物在第一坐标系下的第一坐标和待测物在第三坐标系下的第三坐标；
68.在步骤s2073中，基于第一坐标和第三坐标，确定待测物在第二坐标系下的第二坐标、和待测物在第四坐标系下的第四坐标；
69.在步骤s2075中，确定三维成像系统对应的视觉结构参数；
70.在步骤s2077中，基于第二坐标和第四坐标，建立目标映射信息，目标映射信息表征视觉结构参数和待测物在第五坐标系下的第五坐标间的对应关系；
71.在步骤s2079中，根据目标映射信息和视觉结构参数，确定第五坐标；
72.在步骤s2081中，基于第五坐标，生成目标三维图像。
73.在一个具体的实施例中，上述基于二维图像，确定待测物在第一坐标系下的第一坐标和待测物在第三坐标系下的第三坐标，其中第一坐标为基于第一虚拟摄像机确定的图像物理坐标，第三坐标为基于第二虚拟摄像机确定的图像物理坐标，包括：
74.确定待测物在第一坐标系下的第一坐标为(x1，y1)；
75.确定待测物在第三坐标系下的第三坐标为(x2，y2)。
76.在一个具体的实施例中，上述基于第一坐标和第三坐标，确定待测物在第二坐标系下的第二坐标、和待测物在第四坐标系下的第四坐标包括：
77.根据摄像机线性透视模型的原理，基于第一坐标，建立第一映射信息，第一映射信息表征第一坐标系与第二坐标系的映射关系；
78.根据第一坐标以及第一坐标系与第二坐标系的映射关系，确定待测物在第二坐标系下的第二坐标为(x1，y1，z1)；
79.基于第三坐标，建立第二映射信息，第二映射信息表征第三坐标系与第四坐标系间的对应关系；
80.根据第三坐标以及第三坐标系与第四坐标系的映射关系，确定待测物在第四坐标系下的第四坐标为(x2，y2，z2)。
81.在一个具体的实施例中，上述第一坐标系与第二坐标系的映射关系可表示为m1＝px
c1
，其中，m1＝(x1，y1，1)
t
，x
c1
＝(x1，y1，z1，1)
t
，p为摄像机的内参，f为摄像机的焦距；上述第三坐标系与第四坐标系的映射关系可表示为m2＝px
c2
，其中，m2＝(x2，y2，1)
t
，x
c2
＝(x2，y2，z2，1)
t
。
82.在一个具体的实施例中，上述三维成像系统对应的视觉结构参数包括：基线长度、第一距离、第二距离、摄像机对应有效视场的深度、摄像机对应有效视场的水平宽度、第三距离、第一夹角、第二夹角、第三夹角和第四夹角；
83.具体的，上述基线长度为第一虚拟光心与第二虚拟光心之间的距离；上述第一距离为摄像机的光心与第二组反射镜之间的距离；上述第二距离为第一组反射镜与第二组反射镜之间的水平距离；上述第三距离为有效视场与第二组反射镜的最近距离；上述第一夹角为第一组反射镜与第五坐标系下的x轴间夹角；上述第二夹角为第二组反射镜与第五坐标系下的x轴间的夹角；上述第三夹角为两个虚拟摄像机任一光轴与第五坐标系下的x轴间的夹角；上述第四夹角为两个虚拟摄像机任一的光轴与待测物对应像面间的夹角；
84.在一个具体的实施例中，上述确定三维成像系统对应的视觉结构参数包括：
85.基于三维成像系统，测量基线长度、第一距离、第二距离、第一夹角、第二夹角、第三夹角和第四夹角；
86.基于基线长度、第一距离、第二距离、第一夹角、第二夹角、第三夹角和第四夹角的
几何关系，确定第三距离；
87.基于基线长度、第一距离、第二距离、第三距离、第一夹角、第二夹角、第三夹角和第四夹角的几何关系，确定摄像机对应有效视场的深度，并确定摄像机对应有效视场的水平宽度。
88.在一个具体的实施例中，确定第三距离，包括：
89.定义h为第一距离，d为第二距离，h0为第三距离，β为第一夹角、α为第二夹角、θ为第三夹角，γ为第四夹角，l为基线长度的一半；
90.基于三维成像系统，由几何光学原理可得：
[0091][0092]
(2)l＝hsin(β-α)+2dsin2β
[0093]
基于式(1)、(2)结合三维成像系统中的几何关系，可得第三距离h0：
[0094]
(3)h0＝ltanθ-|hsinθ+2d sin2β|
[0095]
在一个具体的实施例中，确定摄像机对应有效视场的深度，并确定摄像机对应有效视场的水平宽度，包括：
[0096]
基于式(1)、(2)、(3)，可得有效视场的深度δh，有效视场的水平宽度w：
[0097][0098][0099]
在一个具体的实施例中，上述目标映射信息可以表征视觉结构参数和待测物在第五坐标系下的第五坐标间的对应关系；上述基于第二坐标和第四坐标，建立目标映射信息可以包括：
[0100]
基于第二坐标，建立第一映射信息；
[0101]
基于第四坐标，建立第二映射信息；
[0102]
根据第一映射信息和第二映射信息，得出目标映射信息。
[0103]
具体的，基于刚体变换的原理第二坐标系与第四坐标系所表征的相机坐标系可以通过旋转矩阵转换为第五坐标系所表征的世界坐标系，具体的，上述第一映射信息可以表征第二坐标系与第五坐标系的映射关系，相应的，第一映射信息可以表示为其中，(x，y，z)为待测物的第五坐标，θ为第三夹角的角度；上述第二映射信息可以表征第四坐标系与第五坐标系的映射关系，具体的，第二映射信息可以表示为其中l为基线长度的一半，(x，y，z)
为待测物的第五坐标，θ为第三夹角的角度。
[0104]
在一个具体的实施例中，基于上述第二坐标、第四坐标、第一映射信息、第二映射信息，联立式(1)、(2)推导可得第五坐标(x，y，z)为：
[0105][0106][0107][0108]
其中，α为第一夹角，β为第二夹角，h为第一距离，d为第二距离。
[0109]
在一个具体的实施例中，基于第五坐标，生成目标三维图像包括：
[0110]
基于第五坐标，获得待测物的三维信息；
[0111]
根据待测物的三维信息，重建待测物的三维轮廓；
[0112]
基于三维轮廓，生成目标三维图像。
[0113]
上述根据待测物的三维信息，重建待测物的三维轮廓可以使用sfm(structure from motion)、mve(multi-view enviroment)、sr(surface reconstruction)等三维重建软件实现。
[0114]
上述实施例中，基于二维图像和第一至第五坐标系，生成待测物的三维图像，其中，基于二维图像与第一三坐标系第一、三坐标；基于第一、三坐标，确定待测物的第二、四坐标，确定三维成像系统对应的视觉结构参数；基于第二、四坐标，建立目标映射信息，通过目标映射信息表征视觉结构参数和待测物在的第五坐标；最终基于第五坐标(待测物的三维坐标)，生成目标三维图像。通过上述方法在对待测物进行三维成像时，可以基于双目体视法的原理确定各坐标系之间的映射关系，同时也简化了传统双目体视法的测量过程，得出待测物三维坐标的计算过程更为简易。
[0115]
在一个可选的实施例中，在上述确定三维成像系统对应的视觉结构参数之前，上述方法还包括：
[0116]
摄像机获取待测物上的变形条纹图像；
[0117]
基于变形条纹图像，确定摄像机的内参。
[0118]
在一个具体的实施例中，上述变形条纹图像为受到待测物高度调制而变形的载频条纹图像；上述基于变形条纹图像，确定摄像机的内参包括：基于变形条纹图像，确定内参p矩阵,具体的，p矩阵可以表示为f为摄像机的焦距，因此基于变形条纹图像确定内参中的p矩阵可以为：基于变形条纹图像，确定摄像机的焦距f的值。
[0119]
在一个可选的实施例中，上述基于第一坐标和第三坐标，确定待测物在第二坐标系下的第二坐标、和待测物在第四坐标系下的第四坐标包括：
[0120]
基于第一坐标、第三坐标和基于变形条纹图像确定的摄像机的内参，确定待测物
在第二坐标系下的第二坐标、和待测物在第四坐标系下的第四坐标。
[0121]
上述实施例中，通过投影仪投影载频条纹，获取待测物上的变形条纹图像；基于变形条纹图像，确定摄像机的内参，即，通过条纹投影法确定摄像机的内参，可以做到即时校正摄像机的内参，防止三维成像系统因使用环境和使用时间等外部因素影响，而造成的内参变化，从而减小了三维坐标测量过程中的误差，使待测物的三维成像更准确。
[0122]
在一个可选的实施例中，如图4所示，上述方法还包括：
[0123]
在步骤s209中，基于目标三维图像，获取参考位置信息；
[0124]
在步骤s211中，基于参考位置信息，投影仪向待测物投影载频条纹；
[0125]
在步骤s213中，摄像机获取待测物上的变形条纹图像；
[0126]
在步骤s215中，基于变形条纹图像，生成待测物的相移信息；
[0127]
在步骤s217中，根据相移信息，进行三维成像处理，得到待测物的校正三维图像。
[0128]
在一个可选的实施例中，上述载频条纹可以为正弦条纹，变形条纹图像为受到待测物高度调制后变形的载频条纹图像，上述参考位置信息可以为基于目标三维图像生成的待测物的三维位置信息，通过单目转双目的三维成像方法得到目标三维图像之后，可以获得待测物的三维位置信息，基于该三维位置信息再利用条纹投影测量法再次进行三维成像，可以相较目标三维图像更精确的校正三维图像作为最终结果。
[0129]
在一个具体的实施例中，上述基于变形条纹图像，生成待测物的相移信息包括，基于相位解包裹技术处理变形条纹图像得到处理结果；基于处理结果，生成待测物的相移信息，具体的，上述相移信息可以包括多幅相位图。
[0130]
在一个具体的实施例中，上述根据相移信息，进行三维成像处理，得到待测物的校正三维图像包括，基于结构光三维成像技术中的条纹投影法根据相移信息获得待测物的三维信息；基于待测物的三维信息进行三维成像处理，得到待测物的校正三维图像，以将正弦条纹作为载频条纹通过投影仪向待测物体投影为正弦光栅图形为例，以下具体介绍条纹投影法的原理：
[0131]
当一个正弦条纹图像被投影到三维漫反射物体(待测物体)表面时，从成像系统获取的变形条纹图像可表示为：
[0132]
i(x，y)＝r(x，y){c[0.5+0.5cosφ(x，y)]}
[0133]
式中i(x,y)表示摄像机接收的光强，r(x,y)表示待测物体表面各向异性的反射率，c表示背景光强，相位函数φ(x,y)表示变形条纹的相位，在待测物体是标准平面(参考平面)的情况下，变形条纹的相位具有线性分布的特点：
[0134][0135]
式中po为在参考平面上条纹的周期，在待测物体为分布在h(x,y)的三维表面的情况下，因待测物体成像过程增加了由高度引起的附加相位调制，φ(x,y)可以表示为：
[0136][0137]
式中λe为等效波长，一个等效波长导致相位变化2π，这时，成像系统获取的变形条纹图像可表示为：
[0138]
[0139]
由于待测物体表面的高度变化引起了条纹相位变化，导致摄像机获取到变形条纹图像，通过相移技术可以从多帧相移条纹图像(也即变形条纹图像)中分离出φ(x,y)，通过相移技术进而从条纹的调制度中分离出r(x,y)，重建待测物体在h(x,y)三维表面的分布，最终获得待测物的三维信息。
[0140]
上述实施例中，得到目标三维图像之后，可以获得待测物的三维位置信息，基于该三维位置信息利用条纹投影测量法再次进行三维成像，条纹投影测量法本身受到条纹周期影响，测量范围不高，根据本发明实施例该方法可以结合已获取的目标三维图像再次进行三维成像，以获取相较相较目标三维图像更精确的校正三维图像作为最终结果，在保证较大测量范围的同时可以有效地减小三维成像过程中的误差，从而使用户得到更为准确的三维图像，进而获得关于待测物的更清晰的形貌信息与位置信息。
[0141]
图5是根据一示例性实施例示出的一种三维成像装置框图。参照图5，该装置包括：
[0142]
第一反射模块510，用于基于三维成像系统中的第一组反射镜，将来自待测物的入射光线反射到三维成像系统中第二组反射镜上；
[0143]
第二反射模块520，用于基于第二组反射镜将来自第一组反射镜的入射光线反射到三维成像系统中的摄像机上，以使摄像机采集待测物的二维图像；
[0144]
虚拟光心确定模块530，基于入射光线的延长线确定第一虚拟光心和第二虚拟光心；
[0145]
目标三维图像获取模块540，用于基于第一坐标系、第二坐标系、第三坐标系、第四坐标系和第五坐标系，对二维图像进行三维成像处理，得到待测物的目标三维图像。
[0146]
在一个可选的实施例中，上述目标三维图像获取模块440包括：
[0147]
参数标定模块，用于标定三维成像系统对应的参数；
[0148]
图像处理模块，用于处理摄像机获取的待测物的二维图像并生成待测物的三维图像；
[0149]
三维图像显示模块，用于显示对二维图像进行三维成像处理后得到的，待测物的目标三维图像。
[0150]
在一个可选的实施例中，上述参数标定模块包括：
[0151]
摄像机内参标定单元，用于标定三维成像系统的摄像机的内参；
[0152]
视觉结构参数标定单元，用于标定三维成像系统的视觉结构参数。
[0153]
在一个可选的实施例中，上述图像处理模块包括：
[0154]
二维图像处理单元，用于处理摄像机获取的待测物的二维图像；
[0155]
三维图像生成单元，用于基于二维图像处理单元处理后的待测物的二维图像，生成待测物的三维图像。
[0156]
在一个可选的实施例中，上述三维图像显示模块还包括：
[0157]
校正三维图像显示单元，用于显示根据相移信息进行三维成像处理后得到的，待测物的校正三维图像；
[0158]
校正三维图像显示单元，用于显示基于校正三维图像对目标三维图像进行校正处理后得到的，校正后的三维图像。
[0159]
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
[0160]
图6是根据一示例性实施例示出的一种用于三维成像的电子设备的框图，该电子设备可以是三维成像模块，其内部结构图可以如图6所示。该电子设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该电子设备的处理器用于提供计算和控制能力。该电子设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该电子设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种三维成像方法。该电子设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该电子设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是电子设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
[0161]
本领域技术人员可以理解，图6中示出的结构，仅仅是与本公开方案相关的部分结构的框图，并不构成对本公开方案所应用于其上的电子设备的限定，具体的电子设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0162]
在示例性实施例中，还提供了一种电子设备，包括：处理器；用于存储该处理器可执行指令的存储器；其中，该处理器被配置为执行该指令，以实现如本公开实施例中的三维成像方法。
[0163]
在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，当该存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行本公开实施例中的三维成像方法。
[0164]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0165]
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
[0166]
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。