3d拍摄装置、用于建立3d图像的方法和用于构建3d拍摄装置的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种3D拍摄装置，具有图像拍摄装置、测距仪和图像处理装置。
[0002]本发明还涉及一种用于建立3D图像的方法。
[0003]本发明最终涉及一种用于构建3D拍摄装置的方法。
【背景技术】
[0004]已知通过图案投影或扫描建立物体的3D图像。适合于此的3D拍摄装置复杂而且要求使用者经过特殊的训练。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，提供一种用于建立近似3D图像的简化的方法。
[0006]为了实现所述目的，根据本发明提出权利要求1的特征。由此，特别是在开头所述类型的3D拍摄装置中根据本发明建议，图像处理装置设置成用于在至少两个用图像拍摄装置拍摄的图像组成的系列图像中识别至少一组相互对应的图像组成部分，图像处理装置设置成用于由所述组中的图像组成部分在所述系列的图像中的相应图像位置针对所述至少一组相互对应的图像组成部分计算出至少一个三维位置数据，并且图像处理装置设置成用于借助于利用测距仪测量的距离信息对计算得到的所述至少一个三维位置数据进行定比/定标(Skalierung)。这里有利的是，根据图像所识别到的、彼此对应的图像组成部分的图像位置实现了由一系列所拍摄的图像、例如视频序列的多帧组成的3D图像的结构。由此可以计算出所识别的图像组成部分的三维位置数据，所述三维位置数据可以利用几个距离信息或少数几个距离信息比例换算为实际的尺寸。由此可以获得实际的长度、面积和/或体积。这里有利的是，只需测量很少的距离信息，例如唯一一个距离信息或少于十个距离信息，或者少于所识别相互对应的图像组成部分的组(数量)的一半的距离信息。这使得对可用的测距仪的要求显著地变得简单，由此简化了操作。
[0007]作为对应的图像组成部分因此是指图像中的由于相同或类似的特征或以其他方式在内容上相互对应的图像组成部分。
[0008]优选测距仪设置成用于沿例如直线或射线状延伸的测量方向测量距离。所述测量方向例如可以通过由测距仪产生的测量射线给定。
[0009]测距仪因此可以设置成用于进行点状的距离测量。
[0010]测距仪可以基于不同的测量原理。当测距仪构造成激光测距仪时，可以进行激光测距。这里测距仪产生激光测量射线作为测量射线，利用所述测量射线能够测量距离。也可以执行距离信息的超声波测量。
[0011]可以设定，输出单元构造成用于输出至少一个经定比的三维位置数据。由此可以提供和/或继续处理所建立的图像的定比信息。
[0012]在本发明的一个实施形式中可以设定，图像处理装置设置成用于由所述至少一组的图像组成部分的相应图像位置计算图像拍摄装置的拍摄姿态。这里有利的是，可以获得关于拍摄条件的结论。进一步有利的是，可以将所测得的距离信息与拍摄位置相关联。
[0013]在本发明的一个实施形式中可以设定，图像处理装置设置成用于由所计算的三维位置数据和拍摄姿态计算其他三维数据。这里有利的是，可以获得用于使3D图像精细化的附加的采样点。图像处理装置例如可以设置成用于以立体法(Stereoverfahren)和/或由利用水平集法(Level-Set-Methode)计算的边界面进行计算。
[0014]对应的图像组成部分的组的识别因此可以例如这样来实现，首先识别一个图像中的一个图像组成部分并且在其他图像中寻找与已识别的图像组成部分在内容上相对应的图像组成部分。
[0015]优选识别多组、例如多于10组或多于50组，或者甚至多于100组对应的图像组成部分。由这些组的图像组成部分在相应的各个图像中的图像位置建立方程组，所述方程组作为将各个图像描述为图像组成部分的三维布置结构在空间中的投影。所述三维布置结构构成所拍摄的场景的可用的近似。图像处理装置这里可以设置成用于对所述方程组求解，以便对于每组图像组成部分计算出一个三维的位置数据。
[0016]特别有利的是，3D拍摄装置是摄影设备、照相机或配备拍照功能的移动电话、平板电脑或类似设备，所述设备分别装备有优选能取下的测距仪。所述3D拍摄装置也可以构造成热成像照相机。
[0017]由于本发明利用较少次数的距离信息测量、例如对距离信息的唯一一次测量就可以完成，可以使用仅满足较低要求的测距仪。
[0018]甚至可以给现有的图像拍摄装置，例如照相机或拍照手机、智能手机、平板电脑或热成像照相机装备例如可卡接或插接或能够以其他形式优选可拆卸地连接的测距仪，以便提供一种3D拍摄装置，在相应地设置驱动软件之后，利用该拍摄装置能够实施根据本发明的方法。
[0019]在本发明的一个实施形式中可以设定，图像处理装置设置成用于通过特征分析识别所述至少一组相互对应的图像组成部分。这里有利的是，能够识别特征性的图像组成部分，对于这种图像组成部分，在所述系列的其余图像中能够以高概率识别到内容上相互对应的图像组成部分。
[0020]在本发明的一个实施形式中可以设定，图像处理装置设置成用于对图像进行分块。这里有利的是，能够彼此分开地进一步处理各个图像组成部分。
[0021]在本发明的一个实施形式中可以设定，图像处理装置设置成用于由测得的距离信息和三维位置数据用外插法和/或内插法计算与所述至少一组相互对应的图像组成部分相配的距离信息。这里有利的是，能够获得附加的能配设给各组图像组成部分的距离信息。因此，进一步降低了距离信息的必需的测量次数。这里可以采用已知的外插法和/或内插法。
[0022]备选地或附加地可以设定，所述图像处理装置设置成用于按外插法和/或内插法计算其他三维位置数据。这里有利的是，能够计算其他采样点，以便产生精细化的3D图像。
[0023]在本发明的一个实施形式中可以设定，测距仪设置成用于改变测量方向和/或测量射线的定向。为此例如可以设定，测距仪活动地沿不同的测量方向设置。备选或附加地可以设定，测量射线的光路是可变的，例如通过可开关和/或可运动的反射镜或其他光学元件来改变。由此距离测量的测量点是可变的。这里有利的是，利用一个测距仪能够执行多个距离测量。此外有利的是，能够对与识别到的各组图像组成部分相对应的场景组成部分执行更为精确的距离测量。这里，测距仪例如可以对准分别对应于所识别到的一组图像组成部分的场景组成部分。由此可以对个别或所有识别到的图像组成部分组进行距离测量。
[0024]在根据本发明的一个实施形式中可以设定，用于对测量仪器的测量方向进行定向的操控装置构造成，使得所测得的距离信息与一个图像分块相关联。有利的是，可以执行有目的的距离测量，这种距离测量能分别配设于图像组成部分的各组中的一组。这可以通过测量射线的定向来实现。
[0025]这里可以通过对事先计算的拍摄姿态执行时间上的外插法和/或通过分析评估运动和/或加速传感器的输出信号来计算或估计实际的拍摄姿态。利用这个新的拍摄姿态能够设置测量方向的定向，以便有目的地例如对于还不存在或仅存在较少三维位置数据的图像组成部分获得距离信息。
[0026]当测距仪刚性地设置在图像拍摄装置上或相对于图像拍摄装置刚性地设置，则可以得到一种结构上特别简单的实施形式。为了改变测量射线的定向，可以构成具有活动的和/或可转换的反射镜的镜机构。
[0027]在本发明的一个实施形式中可以设定，测距仪构造成用于在图像拍摄装置可检测的光谱范围内产生测量射线。这里有利的能够执行校准测量，在校准测量中，可以识别由测距仪产生光图案(Lichtmuster)作为一组相对应的图像组成部分。这里有利的是，由这些图像组成部分的图像位置可以计算出距离测量装置关于图像拍摄装置的拍摄方向的定向。
[0028]在本发明的一个实施形式中设定，设置运动和/或加速传感器用于检测图像拍摄装置的运动。这里有利的是，通过由运动和/或加速传感器的输出信号得到关于由于拍摄装置的拍摄姿态改变而使所拍摄场景发生改变的信息，可以对三维位置数据的计算提供辅助。由此能进一步降低图像处理装置中必需的计算能力。此外有利的是，对于将来的图像拍摄，通过对输出信号执行时间上的外插法和积分可以从已经计算得到的拍摄姿态估计或计算出相关的拍摄姿态。
[0029]在本发明的一个实施形式中设定，图像处理装置设置成用于消除至少一个三维位置数据中的异常测值。这里有利的是，在所计算的三维位置数据集合中能够选择出这样的位置数据，这些位置数据可以以高概率符合于测得或计算出的距离信息。此外有利的是，可以消除例如由于计算误差或识别错误产生的三维位置数据。由此能够改进3D图像生成的质量。
[0030]在本发明的一个实施形式中设定，图像处理装置设置成用于将几何体