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1、10申请公布号CN104123710A43申请公布日20141029CN104123710A21申请号201310145530022申请日20130425G06T7/00200601G06T17/00200601G03B35/0820060171申请人南京理工大学常熟研究院有限公司地址215513江苏省苏州市常熟市经济技术开发区科创园研究院路5号72发明人李千目夏彬侯君张宏戚湧54发明名称一种三维视频摄像系统的实现方法57摘要本发明涉及一种三维视频摄像系统的实现方法，属于视频图像通信技术领域。本发明包括以下步骤1）通过投影机向物体照射固定的黑白光栅条纹，对数字摄像机进行标定；2）正常标定后获取。
2、数字摄像机的有效参数，并将数字摄像机对被照射的物体进行摄像，获取视频信息；3）对视频信息进行数据处理，将视频信息通过视频流的形式每一帧地传输到计算机中进行实时地解析并进行3D建模，获取动态的3D图像；4）整合摄取数据合成文件。本发明的优点在于采用单帧图片或多帧视频生成连续型3DCG与3D视频，自由度更大；采用特定黑白光栅的空间编码方法以消除实物或场景本身带有颜色的干扰，以增强抗干扰能力。51INTCL权利要求书1页说明书4页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图3页10申请公布号CN104123710ACN104123710A1/1页21一种三维视。
3、频摄像系统的实现方法，其特征在于包括以下步骤步骤1通过投影机向物体照射固定的黑白光栅条纹，对数字摄像机进行标定；步骤2正常标定后获取数字摄像机的有效参数，并将数字摄像机对被照射的物体进行摄像，获取视频信息；步骤3对视频信息进行数据处理，将视频信息通过视频流的形式每一帧地传输到计算机中进行实时地解析并进行3D建模，获取动态的3D图像；步骤4整合摄取数据合成文件。2根据权利要求1所述的三维视频摄像系统的实现方法，其特征在于步骤1所述的对数字摄像机进行标定，其标定步骤为首先用标定板放置在数字摄像机前一定距离处，所述的标定板由固定边长的正方形组成，在已知现实空间三维坐标系的具体数据后，根据焦距反推出此。
4、时现实空间三维坐标系与计算机显示的二维坐标系的函数关系，得到实际三维空间的具体数据信息。3根据权利要求2所述的三维视频摄像系统的实现方法，其特征在于所述的现实空间三维坐标系与计算机显示的二维坐标系的函数关系为以数字摄像机、数字摄像机像面、计算机上显示的平面与M点所在的空间为对象建立四个坐标系，分别是现实空间三维坐标系WXWYWZW、数字摄像机二维图像坐标系OXY、数字摄像机三维图像坐标系CXCYCZC和计算机二维图像坐标系OUV，其中现实空间三维坐标系内一点M通过旋转矩阵与平移向量，即可推算出M点在数字摄像机三维图像坐标系的相应位置，如下式所示其中R为旋转矩阵，T为平移向量，再根据数字摄像机的。
5、针孔模型即可得其中F是照相机的光心C与像面之间的距离，通过上式两次换算即可获得现实空间三维坐标系与照相机二维图像坐标系的函数关系。4根据权利要求1所述的三维视频摄像系统的实现方法，其特征在于该系统包括数字摄像机，用于获取视场内的单帧图像或多帧视频；投影机，用于将特定的黑白光栅条纹投射到视场内的物体上；供电设备，用于为投影机与数字摄像机进行供电；计算机，用于处理视频流信息。权利要求书CN104123710A1/4页3一种三维视频摄像系统的实现方法技术领域0001本发明涉及一种三维视频摄像系统的实现方法，属于视频图像通信技术领域。背景技术0002我们所处的是一个三维的世界，但是照相机与摄像机拍摄的。
6、却只是二维的图片与视频，丢失了深度信息。只有二维信息这点在很大程度上使机器视觉在生活中的发展与应用受到了很大程度的限制，三维测量的目的是获取物体深度图像的同时获取三维物体的形态与三维世界坐标，以实现对三维世界更加深刻与准确的理解。0003近些年来，有许多国内外的研究者研究出很多种三维测量的方法，例如双目立体视觉的方法，这种方法是模拟人眼的成像原理，测量某物体时，通过两个不同角度的二维图像进行组合处理后获得该物体的三维信息。双目立体视觉方法虽然很贴近人眼成像原理，但是确定一个物体三维信息时需要两张图片才可以进行，因此在处理方面效率不高，并且两个模拟人眼的相机的相对位置以及相对于地面的摆放需要有非。
7、常严格的控制。0004由于结构光空间编码方法只需要通过一张图片就可以通过三角形法则推算出被测物体上的三维信息，该方法具有非常高的分辨率，且运算速度快，并且实现方法基于三角形法则，其易实现性成为我们研究的重点。0005基于结构光空间编码方法的三维测量，其核心技术在于空间编码的选择和排列，现在很多期刊与论文中以彩色空间编码为主，其理由在于彩色的RGB通道在（0,0,0）、（0，255,255）或（255,0,255）等这些情况下由于单通道的值不是0就是255，所以容易确定该颜色是哪种颜色，并以此确定该色条所处的位置。但是在实际运用中，光栅所照射的物体并不全是纯白色的，当遇到彩色的物体时，彩色编码打。
8、上去就会遇到很大的问题，所以本发明方法采用的是灰度级的黑白光栅，从而避免这种无法识别的情况。发明内容0006本发明的目的是针对彩色编码在照射彩色物体时存在干扰的问题而提供一种基于黑白光栅的三维视频摄像系统的实现方法，该方法主要采用一个摄像机与一个投影仪为主体三维摄像机，通过计算机对视频信息进行实时处理，从而实现三维视频摄像。0007实现本发明目的的技术解决方案为一种三维视频摄像系统的实现方法，首先通过一个投影仪向物体投射固定的黑白光栅条纹，然后通过标定后的摄影机对被照射的物体进行摄像，再将视频信息通过视频流的形式每一帧地传输到计算机中进行实时地解析并进行3D建模，以实现实时的3D景象。0008。
9、其具体步骤如下步骤1通过投影机向物体照射固定的黑白光栅条纹，对数字摄像机进行标定；步骤2正常标定后获取数字摄像机的有效参数，并将数字摄像机对被照射的物体进行摄像，获取视频信息；步骤3对视频信息进行数据处理，将视频信息通过视频流的形式每一帧地传输到计说明书CN104123710A2/4页4算机中进行实时地解析并进行3D建模，获取动态的3D图像；步骤4整合摄取数据合成文件。0009本发明的原理是本发明通过一个INPUT设备的单次摄影图片或视频即可获取视场内黑白光栅条纹照射到的物体的三维信息，主要运用原理为三角形规则其中D为投影机视口与摄像机视口的距离，A为投影机视口所对方向与其视口和摄像机视口连线。
10、的夹角的余角，B为摄像机视口所对方向与其视口和投影机视口连线的夹角的余角，L为物体上该点到D的距离，即为物体的深度信息。0010除此之外，可根据自身需求改变，将三维摄像机改变为三维照相机功能，通过调用摄像机的API对获取的图片进行处理，并且有需要的情况下可以将三维摄像机围绕某一个物体进行旋转拍摄即可获得该物体的全三维信息，即可在计算机上生成360有纹理的真实物体样貌。0011本发明与现有技术相比，其显著特点是1采用单个INPUT设备进行图像摄取，效率更高，数据量较小；2采用单帧图片或多帧视频生成连续型3DCG与3D视频，自由度更大；3采用特定黑白光栅的空间编码方法以消除实物或场景本身带有颜色的。
11、干扰，以增强抗干扰能力；4改变传统水平方向三角形法则，改为垂直方向，设备封装更合理。附图说明0012图1是三角形法则。0013图2是投影机与数字摄像机垂直封装示意图。0014图3是三维摄像系统运作流程图。0015图4是照相机的光学模型。具体实施方式0016下面结合附图对本发明进行详细描述。0017本发明三维视频摄像系统的实现方法，其计算方法主要运用三角形法则，如图1所示，将水平的三角形放在垂直方向，由于投影机倒置或90倾斜放置时不能正常工作，并且投影机基本的设计结构为扁平式的，因此将投影机放置在封装最上方，下层放置数字摄像机，中层放置供电设备。0018本发明的投影机与数字摄像机的垂直封装结构如。
12、图2所示，包括数字摄像机，采用PHANTOMV640高速数字摄像机，用于获取视场内的单帧图像或多帧视频；投影机，采用丽讯QUMIQ5，用于将特定的黑白光栅条纹投射到视场内的物体上；供电设备用于为投影机与数字摄像机进行供电，以及处理视频流信息的计算机。0019工作时，首先用标定板放置在数字摄像机前一定距离处，该标定板上由固定边长的正方形组成，在已知现实空间三维坐标系的具体数据后，再根据焦距即可反推出此时现实空间三维坐标系与计算机显示的二维坐标系的函数关系，从而可以得到实际三维空间的说明书CN104123710A3/4页5具体数据信息。0020如图3所示，是本发明的三维摄像系统运作流程图，首先将特。
13、定的黑白光栅条纹投射到物体上时，通过标定的摄像机对其视场信息进行摄取，并通过特定的黑白光栅的排布分析出视场中每一点所处的空间二维信息，再结合计算机分析后获取的深度信息，通过获取的三维信息使用OPENGL进行3D建模以生成连续的三维视频，并且在视频的任何时间点都可以对该帧下的图像进行旋转观察，并且我们已经获取了物体的实际三维信息，所以我们可以通过计算机实时测量出物体之间的距离以及物体表面的细节信息。0021由于在使用时需要将数字摄像机与投影机的相对位置固定，所以应当将数字摄影机与投影机以及其供电系统集成在一个封装内，以提高获取视频的有效性。0022如图4所示，以照相机、照相机像面、计算机上显示的。
14、平面与M点所在的空间为对象建立四个坐标系，分别是现实空间三维坐标系WXWYWZW、照相机二维图像坐标系OXY、照相机三维图像坐标系CXCYCZC和计算机二维图像坐标系OUV。其中现实空间三维坐标系内一点M通过旋转矩阵与平移向量，即可推算出M在照相机三维图像坐标系的相应位置，如下式所示其中R为旋转矩阵，T为平移向量，再根据照相机的针孔模型即可得其中F是照相机的光心C与像面之间的距离，通过上式两次换算即可获得现实空间三维坐标系与照相机二维图像坐标系的函数关系，最后照相机二维图像坐标系与计算机显示的二维坐标系仅仅是倍率的关系而已。0023以单帧图片为例，通过标定以获取数字摄像机内部参数后，运用三维摄。
15、像系统对制定的物体进行摄影，投影仪全程投射特定的黑白光栅条纹至场景中，当黑白光栅条纹照射在实际物体上可能会因为实际物体不规则的形状发生相应的弯曲和变形，而根据像面上任意一点的像素的灰度值即可确定该点所在的条纹的编码值，而每一个编码值对应着唯一的投影角，这样就可以通过三角形法则与真实空间三维坐标系和计算机显示的二维坐标系的转换关系获得该点的空间三维信息。根据这一规则，将算法付诸于代码中，便可以通过计算机对这种弯曲的条纹进行分析并且做适当地补偿，即可恢复出较为真实的物体的三维信息。由于黑白条纹的编码顺序是一定的，所以在进行逐条解码的时候如果出现例如从第三条直接到第五条的情况，说明此时有条纹丢失的情。
16、况发生，在第三条与第五条的边缘处进行第四条的补偿即可获得较为真实的信息。由于要通过一张图片即可获得实物的三维信息，所以分辨每一根条纹所处的位置变得更加重要，所以通过特定的空间编码方式将黑白相间的条纹进行排布时改变部分条纹的灰度信息，在算法实现的时候将其存在的误差尽可能降到最低程度，最后即可通过特定排布获得每一个点所处位置的三维信息，并将所有的点绘制成一张图，通过OPENGL再现该实物被照射的表面的三维信息图，在着色器方面运用拍摄时实物的本来颜色进行纹理贴图，从而获得较为真实的实物3DCG。0024对于连续的多帧视频为例，只需要在单帧图片的基础上，对OPENGL的输入矩阵进行实时更新并不停刷新缓。
17、冲区就可以实现了，但是为了增加暂停功能，可以指定特别按钮说明书CN104123710A4/4页6以保持当前缓冲区的信息内容。当用该三维摄像系统对同一物体进行旋转拍摄以获取全方位三维信息时，通过拼接功能即可在计算机端旋转观察该物体时不仅仅是所观察到的一个表面而已，而是整个物体的真实表面。0025最后对图片或者视频进行处理时，可以选择两个点来测量两个点之间的距离，又或者是选择三个点观察是否在同一平面上以判断物体表面是否足够平坦，这些都是通过获取的场景或实物的三维信息进行算取的，这对于测量那些不能够接触的物体来说是相当有效且高效的。说明书CN104123710A1/3页7图1说明书附图CN104123710A2/3页8图2说明书附图CN104123710A3/3页9图3图4说明书附图CN104123710A。