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1、(10)申请公布号 CN 103903300 A (43)申请公布日 2014.07.02 CN 103903300 A (21)申请号 201210585906.5 (22)申请日 2012.12.31 G06T 17/00(2006.01) G06T 7/00(2006.01) G06K 9/20(2006.01) (71)申请人 博世汽车部件 ( 苏州 ) 有限公司 地址 215021 江苏省苏州市工业园区苏虹西 路 126 号 (72)发明人 丁洪萍 王力 张鹏 (74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人 徐小会 王忠忠 (54) 发明名称 物体表面高度重。
2、建方法及系统、 光学字符提 取方法及系统 (57) 摘要 本发明提供物体表面高度重建方法及其系 统、 光学字符提取方法及其系统。 该物体表面高度 重建方法包括以下步骤 ： 将 n 个光源等间隔布置 于在照射区域上方的同一圆上， n 3 ； 将图像捕 获装置布置在圆心的上方 ； 将照射区域划分为被 n个光源照亮的区域， .被2个光源照亮的区域 ； 依次点亮光源并捕获位于照射区域中的物体的图 像 ； 根据所捕获的图像和所划分的区域来生成三 维高度图像。利用本发明， 可以构建三维高度图 像。 另外， 还可以对三维高度图像进行进一步处理 提取物体表面的凹凸字符和二维码。 (51)Int.Cl. 权利要。
3、求书 3 页 说明书 10 页 附图 4 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3页 说明书10页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103903300 A CN 103903300 A 1/3 页 2 1. 一种物体表面高度重建方法， 其特征在于， 所述方法包括以下步骤 ： 将 n 个光源等间隔布置于在照射区域上方的同一圆上， n 3 ； 将图像捕获装置布置在圆心的上方 ； 将照射区域划分为被 n 个光源照亮的区域， . 被 2 个光源照亮的区域 ； 依次点亮光源并仅在最后被点亮的一个光源被点亮的情况下利用图像捕获装置捕获 位于照射区域中的物体的图像 ；。
4、 根据所捕获的图像和所划分的区域来生成三维高度图像。 2. 如权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 生成三维高度图像的步骤包括 ： 根据所捕获的图像的像素的亮度、 像素所处的区域以及该区域与光源的相关性生成亮 度矩阵 I ； 根据像素所处的区域与光源的相关性确定所使用的光源并根据所使用的光源的位置 来确定光源方向矩阵 L ； 确定物体表面反射率 ， 其中 |(LTL-1)-1(LTI)| ； 确定物体表面法向量 N， 确定物体表面梯度 p(x， y)， q(x， y)， 其中 求解泊松方程以得到Z从而生成三维高度图像， 其中Z表示物体 表面高度。 3. 如权利要求 2 所述的方法， 其特征。
5、在于， 求解泊松方程的步骤包括 ： 在自由边界条件下， 对物体表面梯度进行离散傅立叶变换以得到其离散傅立叶变换形 式 确定 Z 的离散傅立叶变换形式其中 对进行高通滤波 ； 对高通滤波后的信号进行逆离散傅立叶变换从而得到 Z。 4. 如权利要求 2 所述的方法， 其特征在于， 求解泊松方程的步骤包括 ： 在 Neumann 边界条件下， 对物体表面梯度进行离散余弦变换以得到其离散余弦 变换形式 确定 Z 的离散余弦变换形式其中 对进行高通滤波 ； 对高通滤波后的信号进行逆离散余弦变换从而得到 Z。 5. 如权利要求 2 所述的方法， 其特征在于， 求解泊松方程的步骤包括 ： 权 利 要 求 书。
6、 CN 103903300 A 2 2/3 页 3 在 Dirichlet 边界条件 u 0 下， 对物体表面梯度进行离散正弦变换以得到其离散正 弦变换形式 确定 Z 的离散正弦变换形式其中 对进行高通滤波 ； 对高通滤波后的信号进行逆离散正弦变换从而得到 Z。 6. 一种物体表面高度重建系统， 其特征在于， 该系统包括图像采集单元和图像处理单 元， 其中 该图像采集单元包括n个光源、 图像捕获装置， 该n个光源等间隔布置于在照射区域上 方的同一圆上， n 3， 图像捕获装置布置在圆心的上方 ； 图像处理单元包括 ： 区域划分单元， 将照射区域划分为被 n 个光源照亮的区域， . 被 2 个光。
7、源照亮的区 域 ； 控制单元， 依次点亮光源并仅在最后被点亮的一个光源被点亮的情况下利用图像捕获 装置捕获位于照射区域中的物体的图像， 并且将所捕获的图像发送至三维高度图像生成单 元 ； 三维高度图像生成单元， 根据所捕获的图像和所划分的区域来生成三维高度图像。 7. 如权利要求 6 所述的系统， 其特征在于， 三维高度图像生成单元包括 ： 亮度矩阵生成单元， 根据所捕获的图像的像素的亮度、 像素所处的区域以及该区域与 光源的相关性生成亮度矩阵 I ； 光源方向矩阵生成单元， 根据像素所处的区域与光源的相关性确定所使用的光源并根 据所使用的光源的位置来确定光源方向矩阵 L ； 物体表面法向量确。
8、定单元， 用于确定物体表面反射率 和物体表面法向量 N， 其中 |(LTL-1)-1(LTI)|， 物体表面梯度确定单元， 确定物体表面梯度 p(x， y)， q(x， y)， 其中 处理单元， 求解泊松方程以得到 Z 从而生成三维高度图像， 其中 Z 表示物体表面高度。 8. 如权利要求 7 所述的系统， 其特征在于， 处理单元包括 ： DFT 单元， 在自由边界条件下， 对物体表面梯度进行离散傅立叶变换以得到其离散傅立 叶变换形式 权 利 要 求 书 CN 103903300 A 3 3/3 页 4 变换单元， 确定 Z 的离散傅立叶变换形式其中 高通滤波器， 对进行高通滤波 ； IDFT。
9、 单元， 对高通滤波后的信号进行逆离散傅立叶变换从而得到 Z。 9. 如权利要求 7 所述的系统， 其特征在于， 处理单元包括 ： DCT 单元， 在 Neumann 边界条件下， 对物体表面梯度进行离散余弦变换以得到其 离散余弦变换形式 变换单元， 确定 Z 的离散余弦变换形式其中 高通滤波器， 对进行高通滤波 ； IDCT 单元， 对高通滤波后的信号进行逆离散余弦变换从而得到 Z。 10. 如权利要求 7 所述的系统， 其特征在于， 处理单元包括 ： DST 单元， 在 Dirichlet 边界条件 u 0 下， 对物体表面梯度进行离散正弦变换以得到 其离散正弦变换形式 变换单元， 确定 。
10、Z 的离散正弦变换形式其中 高通滤波器， 对进行高通滤波 ； IDST 单元， 对高通滤波后的信号进行逆离散正弦变换从而得到 Z。 11. 一种光学字符提取方法， 其特征在于， 该光学字符提取方法包括 ： 利用权利要求 1-5 之一的方法生成包括待提取的字符的三维高度图像 ； 利用形态学运算来处理三维高度图像以提取字符区域 ； 以及 提取字符区域中的字符。 12. 如权利要求 11 所述的方法， 其特征在于， 所述字符选自包括以下项的组 ： 字母、 文 字、 数字、 二维码、 条形码。 13. 一种光学字符提取系统， 其特征在于， 该光学字符识别系统包括如权利要求 6-10 之一所述的物体表面。
11、高度重建系统、 字符区域提取单元以及字符提取单元， 其中 物体表面高度重新系统生成待提取的字符的三维高度图像并将该三维高度图像发送 至字符区域提取单元 ； 字符区域提取单元， 利用形态学运算来处理三维图像以提取字符区域并将该字符区域 发送至字符提取单元 ； 以及 字符提取单元， 提取字符区域中的字符。 14. 如权利要求 13 所述的系统， 其特征在于， 所述字符选自包括以下项的组 ： 字母、 文 字、 数字、 二维码、 条形码。 权 利 要 求 书 CN 103903300 A 4 1/10 页 5 物体表面高度重建方法及系统、 光学字符提取方法及系统 技术领域 0001 本发明涉及图像处理。
12、领域， 尤其涉及三维重建方法及其系统、 光学字符提取方法 及其系统。 背景技术 0002 在光学字符提取应用 ( 诸如 OCR、 DMC 应用 ) 中， 通常需要清晰的包含待提取的字 符的图片。以 OCR 应用为例， 通常使用低角度光源来照亮字符边缘同时保持背景为暗。然 而， 在许多情况下， 低角度光源不能够起作用。图 1a-1b 示出了现有技术中待照射的物体的 两个示例。 在图1a中， 字符区域比周围区域低， 使得低角度光源不能直接照亮字符区域。 在 图 1b 中， 由于该物体表面由合成材料制成， 在使用低角度光源的情况下， 不能够照亮字符 区域而保持背景为暗。在图 1a-1b 所示的情况下。
13、， 利用低角度光源不能够获得清晰的包含 待提取字符的图片。 发明内容 0003 有鉴于此， 本发明提供一种物体表面高度重建方法及其系统、 光学字符提取方法 及其系统。 0004 一方面， 提供一种物体表面高度重建方法。该方法包括以下步骤 ： 0005 将 n 个光源等间隔布置于在照射区域上方的同一圆上， n 3 ； 0006 将图像捕获装置布置在圆心的上方 ； 0007 将照射区域划分为被 n 个光源照亮的区域， . 被 2 个光源照亮的区域 ； 0008 依次点亮光源并仅在最后被点亮的一个光源被点亮的情况下利用图像捕获装置 捕获位于照射区域中的物体的图像 ； 0009 根据所捕获的图像和所划。
14、分的区域来生成三维高度图像 0010 优选地， 在本发的物体表面高度重建方法中， 生成三维高度图像的步骤包括 ： 0011 根据所捕获的图像的像素的亮度、 像素所处的区域以及该区域与光源的相关性生 成亮度矩阵 I ； 0012 根据像素所处的区域与光源的相关性确定所使用的光源并根据所使用的光源的 位置来确定光源方向矩阵 L ； 0013 确定物体表面反射率 ， 其中 |(LTL-1)-1(LTI)| ； 0014 确定物体表面法向量 N， 0015 确定物体表面梯度 p(x， y)， q(x， y)， 其中 0016 求解泊松方程以得到 Z 从而生成三维高度图像， 其中 Z 表示 物体表面高度。
15、 ； 说 明 书 CN 103903300 A 5 2/10 页 6 0017 优选地， 在本发的物体表面高度重建方法中， 求解泊松方程的步骤包括 ： 0018 在自由边界条件下， 对物体表面梯度进行离散傅立叶变换以得到其离散傅立叶变 换形式 0019 确定 Z 的离散傅立叶变换形式其中 0020 对进行高通滤波 ； 0021 对高通滤波后的信号进行逆离散傅立叶变换从而得到 Z。 0022 优选地， 在本发的物体表面高度重建方法中， 求解泊松方程的步骤包括 ： 0023 在 Neumann 边界条件下， 对物体表面梯度进行离散余弦变换以得到其离散 余弦变换形式 0024 确定 Z 的离散余弦变。
16、换形式其中 0025 对进行高通滤波 ； 0026 对高通滤波后的信号进行逆离散余弦变换从而得到 Z。 0027 优选地， 在本发的物体表面高度重建方法中， 求解泊松方程的步骤包括 ： 0028 在 Dirichlet 边界条件 u 0 下， 对物体表面梯度进行离散正弦变换以得到其离 散正弦变换形式 0029 确定 Z 的离散正弦变换形式其中 0030 对进行高通滤波 ； 0031 对高通滤波后的信号进行逆离散正弦变换从而得到 Z。 0032 另一方面， 本发明还提供一种物体表面高度重建系统。该系统包括图像采集单元 和图像处理单元， 其中 0033 该图像采集单元包括n个光源、 图像捕获装置，。
17、 该n个光源等间隔布置于在照射区 域上方的同一圆上， n 3， 图像捕获装置布置在圆心的上方 ； 0034 图像处理单元包括 ： 0035 区域划分单元， 将照射区域划分为被 n 个光源照亮的区域， . 被 2 个光源照亮的 区域 ； 0036 控制单元， 依次点亮光源并仅在最后被点亮的一个光源被点亮的情况下利用图像 捕获装置捕获位于照射区域中的物体的图像， 并且将所捕获的图像发送至三维高度图像生 成单元 ； 0037 三维高度图像生成单元， 根据所捕获的图像和所划分的区域来生成三维高度图 像 ； 。 说 明 书 CN 103903300 A 6 3/10 页 7 0038 优选地， 在本发的。
18、物体表面高度重建系统中， 三维高度图像生成单元包括 ： 0039 亮度矩阵生成单元， 根据所捕获的图像的像素的亮度、 像素所处的区域以及该区 域与光源的相关性生成亮度矩阵 I ； 0040 光源方向矩阵生成单元， 根据像素所处的区域与光源的相关性确定所使用的光源 并根据所使用的光源的位置来确定光源方向矩阵 L ； 0041 物体表面法向量确定单元， 用于确定物体表面反射率 和物体表面法向量 N， 其 中 |(LTL-1)-1(LTI)|， 0042 物体表面梯度确定单元， 确定物体表面梯度 p(x， y)， q(x， y)， 其中 0043 处理单元， 求解泊松方程以得到 Z 从而生成三维高度。
19、图像， 其中 Z 表示物体表面高度。 0044 优选地， 在本发的物体表面高度重建系统中， 处理单元包括 ： 0045 DFT 单元， 在自由边界条件下， 对物体表面梯度进行离散傅立叶变换以得到其离散 傅立叶变换形式 0046 变换单元， 确定Z的离散傅立叶变换形式其中 0047 高通滤波器， 对进行高通滤波 ； 0048 IDFT 单元， 对高通滤波后的信号进行逆离散傅立叶变换从而得到 Z。 0049 优选地， 在本发的物体表面高度重建系统中， 处理单元包括 ： 0050 DCT 单元， 在 Neumann 边界条件下， 对物体表面梯度进行离散余弦变换以得 到其离散余弦变换形式 0051 变。
20、换单元， 确定 Z 的离散余弦变换形式其中 0052 高通滤波器， 对进行高通滤波 ； 0053 IDCT 单元， 对高通滤波后的信号进行逆离散余弦变换从而得到 Z。 0054 优选地， 在本发的物体表面高度重建系统中， 处理单元包括 ： 0055 DST 单元， 在 Dirichlet 边界条件 u 0 下， 对物体表面梯度进行离散正弦变换以 得到其离散正弦变换形式 0056 变换单元， 确定 Z 的离散正弦变换形式其中 说 明 书 CN 103903300 A 7 4/10 页 8 0057 高通滤波器， 对进行高通滤波 ； 以及 0058 IDST 单元， 对高通滤波后的信号进行逆离散正。
21、弦变换从而得到 Z。 0059 又一方面， 本发明还提供一种光学字符提取方法。该光学字符提取方法包括 ： 0060 利用上述的物体表面高度重建方法生成包括待提取的字符的三维高度图像 ； 0061 利用形态学运算来处理三维高度图像以提取字符区域 ； 以及 0062 提取字符区域中的字符。 0063 优选地， 在本发明的光学字符提取方法中， 所述字符选自包括以下项的组 ： 字母、 文字、 数字、 二维码、 条形码。 0064 又一方面， 本发明还提供一种光学字符提取系统。该光学字符识别系统包括上述 的物体表面高度重建系统、 字符区域提取单元以及字符提取单元， 其中 0065 物体表面高度重新系统生。
22、成待提取的字符的三维高度图像并将该三维高度图像 发送至字符区域提取单元 ； 0066 字符区域提取单元， 利用形态学运算来处理三维图像以提取字符区域并将该字符 区域发送至字符提取单元 ； 0067 字符提取单元， 提取字符区域中的字符。 0068 优选地， 在本发明的光学字符提取系统中， 所述字符选自包括以下项的组 ： 字母、 文字、 数字、 二维码、 条形码 0069 利用本发明， 可以重建物体表面高度。进一步地， 还可以提取图像中的字符。 附图说明 0070 图 1a-1b 示出了现有技术中待照射的物体的两个示例 ； 0071 图 2 示出了根据本发明的物体表面高度重建方法的结构流程图 ；。
23、 0072 图 3 示出了根据本发明的物体表面高度重建系统的结构示意图 ； 0073 图 4 示出了图 3 中的图像采集单元的结构示意图 ； 0074 图 5 示出了图 3 中的图像处理单元的结构示意图 ； 0075 图 6 示出了根据本发明实施例的图 5 中的三维高度图像生成单元的结构示意图 ； 0076 图 7 示出了根据本发明实施例的图 6 中的处理单元的结构示意图 ； 0077 图 8 示出了根据本发明的另一实施例的图 6 中的处理单元的结构示意图 ； 以及 0078 图 9 示出了根据本发明的又一实施例的图 6 中的处理单元的结构示意图。 具体实施方式 0079 下面将结合附图详细描。
24、述本发明的优选实施例， 在附图中相同的参考标号表示相 同的元件。 0080 图 2 示出了根据本发明的物体表面高度重建方法的结构流程图。 0081 在步骤 201， 将 n 个光源 L1-Ln 等间隔布置于在照射区域上方的同一圆上， n 3。 光源例如可以为平板 LED 光源或其它能够发光的器件。 0082 在步骤 202， 将图像捕获装置布置在圆心的上方。该图像捕获装置例如可以为 GigE 黑白相机或其它能够捕获图像的装置。 0083 在步骤 203， 将照射区域划分为被 n 个光源照亮的区域， . 被 2 个光源照亮的区 说 明 书 CN 103903300 A 8 5/10 页 9 域。。
25、例如该区域可以使用 Gaussian 椭圆表示。 0084 在步骤 204， 依次点亮光源并仅在最后被点亮的一个光源被点亮的情况下利用图 像捕获装置捕获位于照射区域中的物体的图像。 依次点亮光源例如被理解为以任一光源为 起点， 顺时针地点亮相邻的光源。 0085 例如可以任一光源为起点， 点亮该光源以照射在处于照射区域中的图像， 然后利 用图像捕获装置捕获位于照射区域中的物体的图像。然后顺时针地点亮下一光源， 关闭上 一光源并捕获物体图像。之后重复顺时针地点亮下一光源、 关闭上一光源并捕获物体图像 的步骤直至所有光源都被点亮。 0086 可替换地， 可以任一光源为起点， 点亮该光源以照射在处于。
26、照射区域中的图像， 然 后关闭当前光源并顺时针地点亮下一光源、 利用图像捕获装置捕获物体图像。之后重复关 闭当前光源、 顺时针地点亮下一光源并利用图像捕获装置捕获物体图像的步骤， 直至所有 的光源被点亮。 0087 在步骤 205， 根据所捕获的图像和所划分的区域来生成三维高度图像。具体而言， 生成三维高度图像的步骤进一步包括 ： 0088 根据所捕获的图像的像素的亮度、 像素所处的区域以及该区域与光源的相关性生 成亮度矩阵I。 以下为了简化描述的目的， 均以像素处于被4个光源(L1-L4)照亮的区域为 例来进行阐述。此时仅当光源 L1-L4 被点亮时， 该像素的亮度为非 0， 而当光源 L5。
27、-Ln 被点 亮时， 该像素的亮度为。 0089 故为 4 1 矩阵。 0090 根据像素所处的区域与光源的相关性确定所使用的光源并根据所使用的光源的 位置来确定光源方向矩阵 L。在本发明中， 如此设置三维空间 ： X、 Y、 Z 轴两两垂直且相交于 原点。照射区域位于 XY 平面上， Z 轴方向为从原点朝着图像捕获装置的方向。 0091 因此， 该像素所对应的光源方向矩阵 0092 通常根据光学理论， 图像亮度可由物体表面的反射率、 光源的照射方向和物体表 面的法向量三者的乘积表示 ： 0093 当处于被四个光源 L1-L4 点亮的区域时， 上式即变为其中 为物体表面反射率和 N 为物体表面。
28、法向量 ； 0094 根据上式可以得出 |(LTL-1)-1(LTI)|， 说 明 书 CN 103903300 A 9 6/10 页 10 0095 确定物体表面梯度 p(x， y)， q(x， y)， 其中 0096 求解泊松方程以得到 Z 从而生成三维高度图像， 其中 Z 表示 物体表面高度。 0097 在发明中， 可以采用 DFT、 DCT 或 DST 方法来加快泊松方程求解过程。 0098 采用 DFT 的原理如下 ： 0099 0100 有限差分公式 ： 0101 0102 离散情况下， 可以得到式 (2) 的有限差分形式 ： 0103 0104 其中 0105 0106 为了求解。
29、这个方程， 可以将和分解成一组可积函数的叠加。 0107 使用离散傅立叶变换 DFT 可以得到 0108 0109 0110 带入到有限差分公式 (3) 有 0111 0112 0113 是的傅里叶变换形式， 可以对其做逆变换 (IDFT) 计算得到 0114 因此， 可以按照以下方式来求解泊松方程 ： 0115 在自由边界条件下， 对物体表面梯度进行离散傅立叶变换以得到其离散傅立叶变 换形式 说 明 书 CN 103903300 A 10 7/10 页 11 0116 确定 Z 的离散傅立叶变换形式其中 0117 对进行高通滤波 ； 0118 对高通滤波后的信号进行逆离散傅立叶变换从而得到 。
30、Z 以生成三维高度图像。 0119 可替换地， 采用 DCT 的原理如下 ： 0120 使用DCT对式(3)进行求解， 将和分解成余弦函数的组合， 并且有Neumann边 界条件 0121 0122 0123 带入可得 0124 0125 对求逆变换 (IDCT) 计算得到 0126 相应地， 还可以按照方式来求解泊松方程 ： 0127 在 Neumann 边界条件下， 对物体表面梯度进行离散余弦变换以得到其离散 余弦变换形式 0128 确定 Z 的离散余弦变换形式其中 0129 对进行高通滤波 ； 0130 对高通滤波后的信号进行逆离散余弦变换从而得到 Z 以生成三维高度图像。 0131 可。
31、替换地， 采用 DST 的原理如下 ： 0132 使用DST对式(3)进行求解， 将和分解成正弦函数的组合， 并且有Dirichlet 边界条件 u 0。 0133 0134 0135 带入可得 ： 0136 0137 对求逆变换 (IDST) 计算得到 0138 相应地， 可以按照方式来求解泊松方程 ： 说 明 书 CN 103903300 A 11 8/10 页 12 0139 在 Dirichlet 边界条件 u 0 下， 对物体表面梯度进行离散正弦变换以得到其离 散正弦变换形式 0140 确定 Z 的离散正弦变换形式其中 0141 对进行高通滤波 ； 0142 对高通滤波后的信号进行逆。
32、离散正弦变换从而得到 Z 以生成三维高度图像。 0143 图 3 示出了根据本发明的物体表面高度重建系统的结构示意图。图 4 示出了图 3 中的图像采集单元。图 5 示出了图 3 中的图像处理单元。如图 3-4 所示， 该系统包括图像 采集单元 30 和图像处理单元 40。在图 4 中示意性地示出了图像采集单元 30 包括 4 个光 源， 然而应当知道本发明并非局限于此。本领域基于人员可以根据实际需要来设置光源的 数量， 只要不低于 3 个光源即可。 0144 如图 4 所示， 图像采集单元 30 包括 4 个光源 L1-L4 和图像捕获装置 31 光源等间 隔 L1-L4 布置于在照射区域上。
33、方的同一圆上， n 3， 图像捕获装置 31 布置在圆心的上方。 0145 如图 5 所示， 图像处理单元 40 包括区域划分单元 410、 控制单元 420、 三维高度图 像生成单元 430 和二维图像生成单元 440。 0146 区域划分单元 410 将照射区域划分为被 4 个光源照亮的区域， . 被 2 个光源照 亮的区域。控制单元 420 依次点亮光源并仅在最后被点亮的一个光源被点亮的情况下利用 图像捕获装置捕获位于照射区域中的物体的图像， 并且将所捕获的图像发送至三维高度图 像生成单元 430。 0147 在本发明中， 依次点亮光源例如可以被理解为以任一光源为起点， 顺时针地点亮 相。
34、邻的光源。 0148 例如控制单元 420 可以任一光源 ( 例如光源 L1) 为起点， 点亮该光源以照射在处 于照射区域中的图像， 然后利用图像捕获装置捕获位于照射区域中的物体的图像。然后顺 时针地点亮下一光源L2， 关闭上一光源L1并捕获物体图像。 之后重复顺时针地点亮下一光 源、 关闭上一光源并捕获物体图像的步骤直至所有光源都被点亮。 0149 可替换地， 可以任一光源(例如光源L1)为起点， 点亮该光源以照射在处于照射区 域中的图像， 然后关闭当前光源 L1 并顺时针地点亮下一光源 L2、 利用图像捕获装置捕获物 体图像。之后重复关闭当前光源、 顺时针地点亮下一光源并利用图像捕获装置捕。
35、获物体图 像的步骤， 直至所有的光源被点亮。 0150 三维高度图像生成单元 430， 根据所捕获的图像和所划分的区域来生成三维高度 图像。 0151 图 6 示出了根据本发明实施例的图 5 中的三维高度图像生成单元的结构示意图。 如图 6 所示， 三维高度图像生成单元 430 包括亮度矩阵生成单元 431、 光源方向矩阵生成单 元 432、 物体表面法向量确定单元 433、 物体表面梯度确定单元 434、 和处理单元 435。 0152 亮度矩阵生成单元 431 根据所捕获的图像的像素的亮度、 像素所处的区域以及 该区域与光源的相关性生成亮度矩阵 I。光源方向矩阵生成单元 432， 根据像素。
36、所处的 区域与光源的相关性确定所使用的光源并根据所使用的光源的位置来确定光源方向矩 说 明 书 CN 103903300 A 12 9/10 页 13 阵 L。物体表面法向量确定单元 433， 用于确定物体表面反射率 和物体表面法向量 N， 其中 |(LTL-1)-1(LTI)|，物体表面梯度确定单元 434， 确定物体表 面梯度 p(x， y)， q(x， y)， 其中处理单元 435， 求解泊松方程 以得到 Z 从而生成三维高度图像， 其中 Z 表示物体表面高度。 0153 图 7 示出了根据本发明实施例的图 6 中的处理单元的结构示意图。如图 7 所示， 处理单元 435 包括 DFT 。
37、单元 4351、 变换单元 4352、 高通滤波器 4353 和 IDFT 单元 4354。 0154 DFT 单 元 4351 对 物 体 表 面 梯 度 进 行 离 散 傅 立 叶 变 换 以 得 到 其 离 散 傅 立 叶 变 换 形 式变 换 单 元 4352 确 定 Z 的 离 散 傅 立 叶 变 换 形 式其 中 高通滤波器 4353 对进行高通滤波， 该高通滤波器例如可 以为 Butterworth 高通滤波器， 其函数为其中 D0 为截止频率， D(u， v) 表示 D(u， v) (u-P/2)2+(v-Q/2)21/2， P， Q 是图像大小。 0155 IDFT单元435。
38、4， 对高通滤波后的信号进行逆离散傅立叶变换从而得到Z以生成三 维高度图像。 0156 图 8 示出了根据本发明的另一实施例的图 6 中的处理单元的结构示意图。如图 8 所示， 处理单元 435 包括 ： DCT 单元 4351 、 变换单元 4352 、 高通滤波器 4353 和 IDCT 单 元 4354 。DCT 单元 4351 在 Neumann 边界条件下， 对物体表面梯度进行离散余弦变 换以得到其离散余弦变换形式变换单元 4352 确定 Z 的离散余弦变换形式其中 高通滤波器 4353 对进行高通滤波， 该高通滤波器例如可 以为 Butterworth 高通滤波器， 其转移函数为其。
39、中 D0 为截止频率， D(u， v) 表示 D(u， v) (u-P/2)2+(v-Q/2)21/2， P， Q 是图像大小。IDCT 单元 4354 对高通 滤波后的信号进行逆离散余弦变换从而得到 Z 以生成三维高度图像。 0157 图 9 示出了根据本发明的又一实施例的图 6 中的处理单元的结构示意图。如图 9 所示， 处理单元 435 包括 ： DST 单元 4351” 、 变换单元 4352” 、 高通滤波器 4353” 、 和 IDST 单元 4354” 。 0158 DST 单元 4351” 在 Dirichlet 边界条件 u 0 下， 对物体表面梯度进行离散正弦 变换以得到其。
40、离散正弦变换形式变换单元 4352” 确定 Z 的离散正弦变换形式其 说 明 书 CN 103903300 A 13 10/10 页 14 中高通滤波器 4353” ， 对进行高通滤波该高通滤波器例如可 以为 Butterworth 高通滤波器， 其转移函数为其中 D0 为截止频率， D(u， v) 表示 D(u， v) (u-P/2)2+(v-Q/2)21/2， P， Q 是图像大小 IDST 单元 4354” 对高通滤 波后的信号进行逆离散正弦变换从而得到 Z。 0159 应当理解以上实施例仅以像素处于被光源 L1-L4 照亮的区域进行描述， 在上述内 容的基础上， 本领域技术人员会知道像。
41、素位于其它区域的处理情况。例如当像素处被光源 L1、 L3 照亮的区域时， 该像素的亮度相应地被表示为 ： 0160 0161 在本发明中， 由于在处理图像预先划分了区域， 消除了阴影在生成三维高度图像 时的影响。 0162 进一步地， 本发明还提供一种光学字符提取方法。该光学字符提取方法包括 ： 0163 利用上述的物体表面高度重建方法生成包括待提取的字符的三维高度图像 ； 0164 利用形态学运算来处理三维高度图像以提取字符区域 ； 以及 0165 提取字符区域中的字符。 0166 在本发明中， 由于使用了高通滤波器， 能够有助于从非理解的环境中提取字符。 进 一步地， 由于高通滤光器同时。
42、增强了字符和噪声， 所以采用了形态学运算来优化结果。 其中 形态学运算例如可以为开运算、 闭运算、 膨胀、 腐蚀等。鉴于本领域技术人员能够知道形态 学运算的具体步骤， 故本发明在此不在赘述。 0167 进一步地， 本发明还提供一种光学字符提取系统。该光学字符提取系统包括上述 的物体表面高度重建系统、 字符区域提取单元以及字符提取单元。 0168 物体表面高度重新系统生成待提取的字符的三维高度图像并将该三维高度图像 发送至字符区域提取单元。字符区域提取单元， 利用形态学运算来处理三维图像以提取字 符区域并将该字符区域发送至字符提取单元。字符提取单元， 提取字符区域中的字符。 0169 应当理解，。
43、 在本发明中， 应当以广泛地含义来理解字符。字符选自包括以下项的 组 ： 字母、 文字、 数字、 二维码、 条形码。 0170 与现有技术相比， 本发明的光学字符提取方法和系统能够有效地提取字符， 尤其 是取物体表面的凹凸字符。 0171 鉴于这些教导， 熟悉本领域的技术人员将容易想到本发明的其它实施例、 组合和 修改。因此， 当结合上述说明和附图进行阅读时， 本发明仅仅由权利要求限定。 说 明 书 CN 103903300 A 14 1/4 页 15 图 1a图 1b 图 4 说 明 书 附 图 CN 103903300 A 15 2/4 页 16 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103903300 A 16 3/4 页 17 图 5图 6 图 7图 8 说 明 书 附 图 CN 103903300 A 17 4/4 页 18 图 9 说 明 书 附 图 CN 103903300 A 18 。