CN108616727A - 基于结构光的曝光控制方法及曝光控制装置 - Google Patents

基于结构光的曝光控制方法及曝光控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于结构光的曝光控制方法及曝光控制装置。曝光控制方法包括：以第一投影机亮度投射具有多个扫描图样的结构光于物体以扫描物体，并捕获物体对应所述扫描图样的多个第一影像；根据上述第一影像计算出第一立体影像；以第二投影机亮度投射具有多个扫描图样的结构光于物体以扫描物体，并捕获物体对应所述扫描图样的多个第二影像，其中第二投影机亮度小于第一投影机亮度；根据所述第二影像计算出第二立体影像；以及结合第一立体影像及第二立体影像以获得第一完整立体影像。本发明的曝光控制方法及曝光控制装置能够结合不同曝光条件的立体影像获得完整立体影像。

Description

基于结构光的曝光控制方法及曝光控制装置
技术领域
本发明涉及一种曝光控制方法及曝光控制装置，且特别涉及一种基于结构光的曝光控制方法及曝光控制装置。
背景技术
在计算机图学的领域中，针对物体外观轮廓的几何量测技术在现今的应用上，例如工业设计、逆向工程、制造零件检测、数字文物典藏、文物遗迹考古等均有三维取像与数据分析的需求。
以现有基于时间编码的结构光(time-coded structured light)而言，其可提供相当精细的立体扫描结果。此种扫描方式是利用不同相位移以及频率的结构光投射到物体表面，再利用影像捕获设备捕获因物体表面轮廓而造成变形的结构光的多张影像，以藉由影像分析得到物体的完整表面信息。然而，在投射具有结构光的图样到物体表面时可能因为曝光过度造成错误立体信息，或因为曝光不足而造成信心度过低而计算出错误率高的立体信息。
发明内容
本发明提供一种基于结构光的曝光控制方法及曝光控制装置，结合不同曝光条件的立体影像以获得完整立体影像。
本发明的基于结构光的曝光控制方法适用于具有投影机及影像捕获设备的曝光控制装置，上述曝光控制方法包括：利用投影机以第一投影机亮度投射具有多个扫描图样的结构光于物体以扫描物体，并利用影像捕获设备捕获物体对应所述扫描图样的多个第一影像；根据所述第一影像计算出第一立体影像；利用投影机以第二投影机亮度投射具有多个扫描图样的结构光于物体以扫描物体，并利用影像捕获设备捕获物体对应所述扫描图样的多个第二影像，其中第二投影机亮度小于第一投影机亮度；根据多个第二影像计算出第二立体影像；以及结合第一立体影像及第二立体影像以获得第一完整立体影像。
本发明的基于结构光的曝光控制装置包括投影机、影像捕获设备及处理器。处理器耦接投影机及影像捕获设备。处理器指示投影机以第一投影机亮度投射具有多个扫描图样的结构光于物体以扫描物体，并指示影像捕获设备捕获物体对应所述扫描图样的多个第一影像。处理器根据所述第一影像计算出第一立体影像。处理器指示投影机以第二投影机亮度投射具有多个扫描图样的结构光于物体以扫描物体，并指示影像捕获设备捕获物体对应所述扫描图样的多个第二影像，其中第二投影机亮度小于第一投影机亮度。处理器根据些第二影像计算出第二立体影像。处理器结合第一立体影像及第二立体影像以获得第一完整立体影像。
基于上述，本发明的曝光控制方法及曝光控制装置会以不同投影机亮度投射具有多个扫描图案的结构光于物体以扫描物体，并捕获对应不同投影机亮度的多个第一影像及第二影像，最后再结合第一立体影像及第二立体影像以获得完整的立体影像。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所示附图作详细说明如下。
附图说明
图1是根据本发明一实施例所显示的曝光控制装置的方块图；
图2是根据本发明一实施例所显示的曝光控制装置的示意图；
图3是根据本发明一实施例所显示的曝光控制方法的流程图；
图4是根据本发明一实施例所显示的曝光过度的立体影像的示意图；
图5是根据本发明一实施例所显示的曝光不足的立体影像的示意图；
图6是根据本发明一实施例所显示的结合曝光过度及曝光不足的的立体影像的示意图。
附图标记说明：
100：曝光控制装置
110：投影机
120：影像捕获设备
130：处理器
T：物体
S301、S303、S305、S307、S309：曝光控制方法的步骤
400：第一立体影像
410：曝光过度部分
500：第二立体影像
510：曝光不足部分
600：完整立体影像
具体实施方式
本发明的部分实施例接下来将会配合附图来详细描述，以下的描述所引用的组件符号，当不同附图出现相同的组件符号将视为相同或相似的组件。这些实施例只是本发明的一部分，并未揭示所有本发明的可实施方式。更确切的说，这些实施例只是本发明的权利要求中的方法及装置的范例。
图1是根据本发明一实施例所显示的曝光控制装置的方块图。图2是根据本发明一实施例所显示的曝光控制装置的示意图。但此仅是为了方便说明，并不用以限制本发明。
请参照图1及图2，曝光控制装置100包括投影机110、影像捕获设备120及处理器130。处理器130耦接至投影机110及影像捕获设备120。曝光控制装置100可针对物体T进行扫描，以获得物体T的立体信息。在本实施例中，影像捕获设备120可设置于投影机110上方，如图2所示。然而，本发明并不限制于图2中的设置方式。例如，投影机110及影像捕获设备120可以彼此水平设置或以其他方式设置。
在本实施例中，影像捕获设备120用以捕获物体T的影像。影像捕获设备120包括镜头以及感光组件。镜头由透镜所构成，而感光组件用以分别感测进入镜头的光线强度，进而分别产生影像。感光组件可以例如是电荷耦合组件(charge coupled device，CCD)、互补性氧化金属半导体(complementary metal-oxide semiconductor，CMOS)组件或其他组件，本发明不在此设限。
在本实施例中，处理器130耦接至投影机110及影像捕获设备120。处理器130可以例如是中央处理单元(central processing unit，CPU)，或是其他可程序化的一般用途或特殊用途的微处理器(microprocessor)、数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、可程序化控制器、特殊应用集成电路(Application Specific IntegratedCircuits，ASIC)、可程序化逻辑设备(programmable logic device，PLD)或其他类似装置或这些装置的组合。
本领域具通常知识者应明了，曝光控制装置100还包括可耦接至投影机110、影像捕获设备120及处理器130的数据储存装置(未显示于图中)，用以储存影像以及数据。数据储存装置可以例如是任意型式的固定式或可移动式随机存取内存(random accessmemory，RAM)、只读存储器(read-only memory，ROM)、闪存(flash memory)、硬盘或其他类似装置或这些装置的组合。
在本实施例中，处理器130可指示投影机110对物体T进行结构光扫描操作，也就是指示投影机110依序投射具有多个扫描图样的结构光于物体T以扫描物体T。举例来说，投影机110可依序投射具有扫描图样1-6的结构光于物体T。扫描图样1-3可具有第一空间频率且扫描图样4-6可具有不同于第一空间频率的第二空间频率。扫描图样1-3及扫描图样4-6可为正弦波图样或余弦波图样，并且各可具有三种不同的相位移(例如，-120度、0度及120度)。当具有扫描图样1-6的结构光投射在物体T时，处理器130指示影像捕获设备120捕获物体T的多个影像。因此，扫描图样1-3及扫描图样4-6的三种不同的相位移可分别对应到影像捕获设备120所捕获的多个影像的其中之一，更精确来说，当具有扫描图样1的结构光投射在物体T时，影像捕获设备120会捕获物体T对应扫描图样1的影像，当具有其他扫描图样的结构光投射在物体T时则以此类推。值得注意的是，虽然在本实施例中是以两组不同空间频率的扫描图样的结构光扫描物体T，但本发明并不以此为限。在另一实施例中，也可以三组或更多组不同空间频率的扫描图样的结构光扫描物体T，以达到更精确的扫描效果。此外，虽然在本实施例中的相同空间频率下的扫描图样具有三种不同的相位移，但本发明并不以此为限。在另一实施例中，相同空间频率下的扫描图样也可具有、四种或其他不同的相位移。
图3是根据本发明一实施例所显示的曝光控制方法的流程图。图4是根据本发明一实施例所显示的曝光过度的立体影像的示意图。图5是根据本发明一实施例所显示的曝光不足的立体影像的示意图。图6是根据本发明一实施例所显示的结合曝光过度及曝光不足的的立体影像的示意图。
请同时参照图3到图6，在步骤S301中，利用投影机110以第一投影机亮度投射具有多个扫描图样的结构光于物体T以扫描物体T，并利用影像捕获设备120捕获物体T对应所述扫描图样的多个第一影像来组成第一影像组。
在步骤S303中，处理器130根据所述多个第一影像计算出第一立体影像。如图4所示，第一立体影像400中的物体具有曝光过度部分410，而曝光过度部分410所缺乏的影像信息是因为曝光过度所造成。
在步骤S305中，利用投影机110以第二投影机亮度投射具有多个扫描图样的结构光于物体T以扫描物体T，并利用影像捕获设备120捕获物体T对应所述扫描图样的多个第二影像来组成第二影像组，其中第二投影机亮度小于第一投影机亮度(例如，第二投影机亮度为第一投影机亮度的一半)。
在步骤S307中，处理器130根据所述多个第二影像计算出第二立体影像。如图5所示，第二立体影像500中的物体具有曝光不足部分510，而曝光不足部分510所缺乏的影像信息是因为曝光不足部分510的像素信心度过低或是像素曝光不足所造成。具体来说，当一个像素在一个影像组中的像素亮度的变化度过低时，此像素的相位讯号可能难以与噪声区隔而造成计算立体影像时产生误差，使得此像素因为信心度过低而被删除，并被归类于曝光不足部分510。另外，当一个像素所属区域过暗，也可能造成此像素曝光不足而被删除，也会被归类于曝光不足部分510。
在步骤S309中，处理器130结合第一立体影像400及第二立体影像500以获得第一完整立体影像600。如图6所示，第一完整立体影像600中曝光过度部分410的立体影像信息可从第二立体影像500的对应部分取得，而曝光不足部分510的立体影像信息则可从第一立体影像400的对应部分取得。如此一来，就可以获得同时具有曝光过度部分信息及曝光不足部分信息的第一完整立体影像600。
值得注意的是，虽然在本实施例中说明了结合不同投影机亮度的两个立体影像，也就是结合第一投影机亮度及第二投影机亮度所对应的第一立体影像400及第二立体影像500以获得完整的立体影像，但本发明并不以此为限。在另一实施例中，也可以结合第一投影机亮度、第二投影机亮度及第三投影机亮度所对应的第一立体影像400、第二立体影像500及第三立体影像(未显示于图中)以获得完整的立体影像。在此，第二投影机亮度可小于该第一投影机亮度且第三投影机亮度可大于第一投影机亮度。例如，第二投影机亮度可为第一投影机亮度的一半且第三投影机亮度可为第一投影机亮度的两倍。结合三种不同投影机亮度所获得的完整立体影像，可进一步避免结合的后的完整立体影像中存在曝光过度或曝光不足的状况。
综上所述，本发明的曝光控制方法及曝光控制装置可以不同投影机亮度投射具有多个扫描图样的结构光于物体以扫描物体，捕获对应扫描图样的多个影像，并计算出对应不同投影机亮度的立体影像。最后再将对应不同投影机亮度的立体影像结合以获得完整立体影像。如此一来，可有效提升立体扫描的精确度，以降低立体影像中出现曝光过度或曝光不足的状况。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，这些更改与润湿均应落入本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种基于结构光的曝光控制方法，其特征在于，适用于具有投影机及影像捕获设备的曝光控制装置，所述曝光控制方法包括：
利用所述投影机以第一投影机亮度投射具有多个扫描图样的结构光于一物体以扫描所述物体，并利用所述影像捕获设备捕获所述物体对应所述多个扫描图样的多个第一影像；
根据所述多个第一影像计算出第一立体影像；
利用所述投影机以第二投影机亮度投射具有多个扫描图样的结构光于所述物体以扫描所述物体，并利用所述影像捕获设备捕获所述物体对应所述多个扫描图样的多个第二影像，其中所述第二投影机亮度小于所述第一投影机亮度；
根据所述多个第二影像计算出第二立体影像；以及
结合所述第一立体影像及所述第二立体影像以获得第一完整立体影像。
2.根据权利要求1所述的曝光控制方法，其特征在于，还包括：
利用所述投影机以第三投影机亮度投射具有多个扫描图样的结构光于所述物体以扫描所述物体，并利用所述影像捕获设备捕获所述物体对应所述多个扫描图样的多个第三影像，其中所述第三投影机亮度大于所述第一投影机亮度；
根据所述多个第三影像计算出第三立体影像；以及
结合所述第一立体影像、所述第二立体影像及所述第三立体影像以获得第二完整立体影像。
3.根据权利要求2所述的曝光控制方法，其特征在于，所述第二投影机亮度为所述第一投影机亮度的一半。
4.根据权利要求2所述的曝光控制方法，其特征在于，所述第三投影机亮度为所述第一投影机亮度的两倍。
5.根据权利要求1所述的曝光控制方法，其特征在于，所述多个扫描图样包括第一空间频率以及第二空间频率的特定图样。
6.根据权利要求1所述的曝光控制方法，其特征在于，每一所述多个扫描图样的结构光具有至少三种不同相位移，而各所述相位移分别对应于所述多个第一影像及所述多个第二影像的其中之一。
7.一种基于结构光的曝光控制装置，其特征在于，包括：
投影机；
影像捕获设备；以及
处理器，耦接所述投影机及所述影像捕获设备，
其中所述处理器指示所述投影机以第一投影机亮度投射具有多个扫描图样的结构光于一物体以扫描所述物体，并指示所述影像捕获设备捕获所述物体对应所述多个扫描图样的多个第一影像，
其中所述处理器根据所述多个第一影像计算出第一立体影像，
其中所述处理器指示所述投影机以第二投影机亮度投射具有多个扫描图样的结构光于所述物体以扫描所述物体，并指示所述影像捕获设备捕获所述物体对应所述多个扫描图样的多个第二影像，其中所述第二投影机亮度小于所述第一投影机亮度，
其中所述处理器根据所述多个第二影像计算出第二立体影像，
其中所述处理器结合所述第一立体影像及所述第二立体影像以获得一第完整立体影像。
8.根据权利要求7所述的曝光控制装置，其特征在于，
所述处理器指示所述投影机以第三投影机亮度投射具有多个扫描图样的结构光于所述物体以扫描所述物体，并指示所述影像捕获设备捕获所述物体对应所述多个扫描图样的多个第三影像，其中所述第三投影机亮度大于所述第一投影机亮度；
其中所述处理器根据所述多个第三影像计算出第三立体影像；以及
其中所述处理器结合所述第一立体影像、所述第二立体影像及所述第三立体影像以获得第二完整立体影像。
9.根据权利要求8所述的曝光控制装置，其特征在于，所述第二投影机亮度为所述第一投影机亮度的一半。
10.根据权利要求8所述的曝光控制装置，其特征在于，所述第三投影机亮度为所述第一投影机亮度的两倍。
11.根据权利要求7所述的曝光控制装置，其特征在于，所述多个扫描图样包括第一空间频率以及第二空间频率的特定图样。
12.根据权利要求7所述的曝光控制装置，其特征在于，每一所述多个扫描图样的结构光具有至少三种不同相位移，而各所述相位移分别对应于所述多个第一影像及所述多个第二影像的其中之一。
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