用于物体扫描的特征点补充和提取方法与流程

本发明涉及一种物体三维数据和色彩数据的还原方法，尤其涉及包含多个摄像头的扫描系统的三维数据和色彩数据还原方法。

背景技术：

对于多个摄像头的扫描系统来说，其是基于人体双目识别的远离构件的；具体的，该套系统具备多个摄像头，待扫描目标的每一处位置都至少会有两个摄像头同时拍摄采集图像；该原理的系统其成像还原效率高，质量好；但是，为了保证高质量的信息采集，目前的该系统中使用的摄像头的像素已经达到了单反相机的级别，但是入门级单反相机的镜头价格都在3000元至5000元不等，成本非常高。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于物体扫描的特征点补充和提取方法，其能够实现将低像素的摄像头组成的扫描系统扫描且还原出高质量的物体三维数据和物体色彩数据。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：用于物体扫描的特征点补充和提取方法，其特征在于，包含以下步骤：

(1)特征点补充扫描单元的组装；将一个特征点补充灯和至少两个摄像头组成一个特征点补充扫描单元；所述特征点补充灯投射的图案被所述两个摄像头同时完整拍摄；所述摄像头包含控制电路板，所述特征点补充灯的开关线连接至所述控制电路板；

(2)特征点补充扫描系统的组装；将所有特征点补充扫描单元相互连接组成特征点扫描系统；所有摄像头和特征点补充灯分别形成摄像头阵列和特征点补充灯阵列；所有特征点补充灯投射的图案覆盖所述待扫描目标；所有摄像头 的拍摄范围的并集同样覆盖整个待扫描物体；

(3)打开所有特征点补充灯朝向待扫描物体投射图案；

(4)打开所有摄像机拍摄待扫描物体，获得用于合成待扫描物体三维数据和色彩数据的图像信息；

(5)步骤(4)获得的图像信息通过摄像头控制电路板上集成的数据处理单元进行预处理；

(6)将步骤(5)中进行预处理后的图像信息传递至计算机进行待扫描物体图像信息还原。

进一步的是：所述特征点补充灯为用于投射随机二维码图案的图案投影灯，或者为用于投射红外光线图案的红外投影灯，或者为用于投射激光干涉图案的激光投影灯。

本发明的优选实施方式和进一步改进点为：

(1)所述特征点补充灯为用于投射随机二维码图案的图案投影灯；所述步骤(4)包含：

(a)打开所有摄像机拍摄待扫描物体，获得用于合成待扫描物体三维数据的图像信息；

(b)关闭所有特征点补充灯；

(c)打开所有摄像机拍摄待扫描物体，获得用于合成待扫描物体色彩数据的图像信息。

(2)所述特征点补充灯为用于投射红外光线图案的红外投影灯；

所述步骤(4)获得的图像信息为含有红外信息的图像信息；所述步骤(6)包含将步骤(4)的图像信息作为三维数据的图像信息还原三维数据的步骤和将步骤(4)的图像信息占用的红外信息过滤掉后还原色彩数据的步骤。

(3)所述数据处理单元为采用ARM芯片作为CPU的嵌入式计算机单元；所述特征点补充扫描系统安装在框架组件上；所述框架组件上还设置有朝向待扫 描目标照射的LED补光灯；所述摄像头的拍摄角度可以调整；所述特征点补充灯的投射方向可以调整。

进一步的是：所述图案投影灯包含高亮LED灯和设于高亮LED灯光路上的用于调整高亮LED灯投射光线焦距的光学镜头；所述光学镜头和高亮LED灯光之间的光路上还设置有镜片，所述镜片上设置有随机二维码；所述投影灯投射出对应随机二维码的图案；所述随机二维码由具有一定密度的方形斑点组成；

进一步的是：所述红外投影灯为用于投射白光或蓝光的红外投影灯，其包含有红外发射装置。

进一步的是：所述图案投影灯的光学镜头为凹凸透镜组合；所述特征点补充灯包含灯壳和灯壳架；所述灯壳架包含用于固定灯壳的安装杆，安装杆的一端为用于安装在框架组件上的固定板，安装杆的另一端通过安装杆调节件与能够水平调整角度的水平旋转件连接；所述水平旋转件上通过俯仰调节件安装有俯仰杆，俯仰杆顶端安装所述灯壳。

进一步的是：所述安装杆调节件、俯仰调节件均为铰接件，该铰接件可以通过紧固螺钉在调整完角度后进行锁死；所述灯壳上设置有散热片；所述灯壳的一端为透光的镜头，该镜头可以通过转动调节焦距。

进一步的是：所述摄像头的像素为500万像素；所述摄像头的快门速度为1/30～1/60S；所述特征点关闭的速度为1～1/10S。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明的摄像头配置了特征点补充灯；在基本的特征点补充扫描单元中，特征点补充灯提供更多的三维数据信息；当特征点补充灯为图案投影灯时，则通过投射随机二维码图案来增加人体的特征点，该特征点能够让计算机准确快速的识别人体的轮廓，不需要对特征点进行精确的坐标计算和形状设计；至少两个摄像头同时采集投射的随机二维码，能够模拟人的双眼观察物体的效果，能够更加直接，真实的还原采集到人体数据；随机二维码采用方形斑点能够保 证最终采集信息的棱角分明，采集的非常精确；具备了特征点补充灯后，我们的摄像头的像素可以大大降低，我们的实际试验中，采用500万像素就能达到目前采用单反机级别的扫描系统的效果；成本降低幅度非常大，经济效益和社会效益都非常高；

上述的图案投影灯的实施方式中，我们在的补充和提取方法是通过打开投影灯拍摄带补充图案的物体三维数据信息；然后在通过关闭投影灯，拍摄带有物体色彩数据的图像信息；两者合并后能够可靠的实现照片级的还原效果；还原效果好，实施成本低；

如果该特征点补充灯为红外投影灯，则通过投射带颜色的红外光进行投射，这对于待扫描目标为人体时极为有效，因为待扫描对象不会因为存在随机二维码等图案产生心里的不适，红外光对于待扫描对象本身是看不见的，但是我们的摄像头能够准确识别，计算机也能可靠处理；

上述的红外投影灯的实施方式中，我们通过投射红外光实现特征点补充，此时，仅仅需要拍摄一张带有红外信息的图像信息即可；拍摄过程时间大大缩短，可靠的保证了对运动物体的瞬间捕捉；对应的，在计算机还原时，我们会将带有红外信息的图像信息进行物体三维数据的还原，同时将红外信息去除后就得到了物体色彩数据的图像信息；还原过程也更加简便。

附图说明

图1为本发明的特征点补充扫描单元的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为单个特征点补充灯的结构示意图；

图3为本发明的特征点补充灯的一种具体实施方式的结构原理图。

附图标记说明：

103-待扫描目标，111-柱子；

200-高亮LED灯，300-镜片，400-光学镜头，800-摄像头控制电路板；

701-固定板，702-安装杆，703-安装杆调节件，704-水平旋转件，705-俯 仰调节件，706-俯仰杆，707-灯壳，708-透光镜头。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：

如图1～3所示，其示出了本发明的具体实施方式，本发明用于物体扫描的特征点补充和提取方法，其特征在于，包含以下步骤：

(1)特征点补充扫描单元的组装；将一个特征点补充灯和至少两个摄像头组成一个特征点补充扫描单元；所述特征点补充灯投射的图案被所述两个摄像头同时完整拍摄；所述摄像头包含控制电路板，所述特征点补充灯的开关线连接至所述控制电路板；

(2)特征点补充扫描系统的组装；将所有特征点补充扫描单元相互连接组成特征点扫描系统；所有摄像头和特征点补充灯分别形成摄像头阵列和特征点补充灯阵列；所有特征点补充灯投射的图案覆盖所述待扫描目标；所有摄像头的拍摄范围的并集同样覆盖整个待扫描物体；

(3)打开所有特征点补充灯朝向待扫描物体投射图案；

(4)打开所有摄像机拍摄待扫描物体，获得用于合成待扫描物体三维数据和色彩数据的图像信息；

(5)步骤(4)获得的图像信息通过摄像头控制电路板上集成的数据处理单元进行预处理；

(6)将步骤(5)中进行预处理后的图像信息传递至计算机进行待扫描物体图像信息还原。

优选的，所述特征点补充灯为用于投射随机二维码图案的图案投影灯，或者为用于投射红外光线图案的红外投影灯，或者为用于投射激光干涉图案的激光投影灯。

优选的，所述特征点补充灯为用于投射随机二维码图案的图案投影灯；所述步骤(4)包含：

(a)打开所有摄像机拍摄待扫描物体，获得用于合成待扫描物体三维数据的图像信息；

(b)关闭所有特征点补充灯；

(c)打开所有摄像机拍摄待扫描物体，获得用于合成待扫描物体色彩数据的图像信息。

优选的，所述特征点补充灯为用于投射红外光线图案的红外投影灯；

所述步骤(4)获得的图像信息为含有红外信息的图像信息；所述步骤(6)包含将步骤(4)的图像信息作为三维数据的图像信息还原三维数据的步骤和将步骤(4)的图像信息占用的红外信息过滤掉后还原色彩数据的步骤。

优选的，所述数据处理单元为采用ARM芯片作为CPU的嵌入式计算机单元；所述特征点补充扫描系统安装在框架组件上；所述框架组件上还设置有朝向待扫描目标照射的LED补光灯；所述摄像头的拍摄角度可以调整；所述特征点补充灯的投射方向可以调整。

优选的，所述图案投影灯包含高亮LED灯和设于高亮LED灯光路上的用于调整高亮LED灯投射光线焦距的光学镜头；所述光学镜头和高亮LED灯光之间的光路上还设置有镜片，所述镜片上设置有随机二维码；所述投影灯投射出对应随机二维码的图案；所述随机二维码由具有一定密度的方形斑点组成；

优选的，所述红外投影灯为用于投射白光或蓝光的红外投影灯，其包含有红外发射装置。

优选的，所述图案投影灯的光学镜头为凹凸透镜组合；所述特征点补充灯包含灯壳和灯壳架；所述灯壳架包含用于固定灯壳的安装杆，安装杆的一端为用于安装在框架组件上的固定板，安装杆的另一端通过安装杆调节件与能够水平调整角度的水平旋转件连接；所述水平旋转件上通过俯仰调节件安装有俯仰杆，俯仰杆顶端安装所述灯壳。

优选的，所述安装杆调节件、俯仰调节件均为铰接件，该铰接件可以通过 紧固螺钉在调整完角度后进行锁死；所述灯壳上设置有散热片；所述灯壳的一端为透光的镜头，该镜头可以通过转动调节焦距。

优选的，所述摄像头的像素为500万像素；所述摄像头的快门速度为1/30～1/60S；所述特征点关闭的速度为1～1/10S。

上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。