3d拍攝裝置、用于建立3d圖像的方法和用于構(gòu)建3d拍攝裝置的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種3D拍攝裝置，具有圖像拍攝裝置、測距儀和圖像處理裝置。
[0002]本發(fā)明還涉及一種用于建立3D圖像的方法。
[0003]本發(fā)明最終涉及一種用于構(gòu)建3D拍攝裝置的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]已知通過圖案投影或掃描建立物體的3D圖像。適合于此的3D拍攝裝置復(fù)雜而且要求使用者經(jīng)過特殊的訓(xùn)練。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種用于建立近似3D圖像的簡化的方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)所述目的，根據(jù)本發(fā)明提出權(quán)利要求1的特征。由此，特別是在開頭所述類型的3D拍攝裝置中根據(jù)本發(fā)明建議，圖像處理裝置設(shè)置成用于在至少兩個用圖像拍攝裝置拍攝的圖像組成的系列圖像中識別至少一組相互對應(yīng)的圖像組成部分，圖像處理裝置設(shè)置成用于由所述組中的圖像組成部分在所述系列的圖像中的相應(yīng)圖像位置針對所述至少一組相互對應(yīng)的圖像組成部分計(jì)算出至少一個三維位置數(shù)據(jù)，并且圖像處理裝置設(shè)置成用于借助于利用測距儀測量的距離信息對計(jì)算得到的所述至少一個三維位置數(shù)據(jù)進(jìn)行定比/定標(biāo)(Skalierung)。這里有利的是，根據(jù)圖像所識別到的、彼此對應(yīng)的圖像組成部分的圖像位置實(shí)現(xiàn)了由一系列所拍攝的圖像、例如視頻序列的多幀組成的3D圖像的結(jié)構(gòu)。由此可以計(jì)算出所識別的圖像組成部分的三維位置數(shù)據(jù)，所述三維位置數(shù)據(jù)可以利用幾個距離信息或少數(shù)幾個距離信息比例換算為實(shí)際的尺寸。由此可以獲得實(shí)際的長度、面積和/或體積。這里有利的是，只需測量很少的距離信息，例如唯一一個距離信息或少于十個距離信息，或者少于所識別相互對應(yīng)的圖像組成部分的組(數(shù)量)的一半的距離信息。這使得對可用的測距儀的要求顯著地變得簡單，由此簡化了操作。
[0007]作為對應(yīng)的圖像組成部分因此是指圖像中的由于相同或類似的特征或以其他方式在內(nèi)容上相互對應(yīng)的圖像組成部分。
[0008]優(yōu)選測距儀設(shè)置成用于沿例如直線或射線狀延伸的測量方向測量距離。所述測量方向例如可以通過由測距儀產(chǎn)生的測量射線給定。
[0009]測距儀因此可以設(shè)置成用于進(jìn)行點(diǎn)狀的距離測量。
[0010]測距儀可以基于不同的測量原理。當(dāng)測距儀構(gòu)造成激光測距儀時，可以進(jìn)行激光測距。這里測距儀產(chǎn)生激光測量射線作為測量射線，利用所述測量射線能夠測量距離。也可以執(zhí)行距離信息的超聲波測量。
[0011]可以設(shè)定，輸出單元構(gòu)造成用于輸出至少一個經(jīng)定比的三維位置數(shù)據(jù)。由此可以提供和/或繼續(xù)處理所建立的圖像的定比信息。
[0012]在本發(fā)明的一個實(shí)施形式中可以設(shè)定，圖像處理裝置設(shè)置成用于由所述至少一組的圖像組成部分的相應(yīng)圖像位置計(jì)算圖像拍攝裝置的拍攝姿態(tài)。這里有利的是，可以獲得關(guān)于拍攝條件的結(jié)論。進(jìn)一步有利的是，可以將所測得的距離信息與拍攝位置相關(guān)聯(lián)。
[0013]在本發(fā)明的一個實(shí)施形式中可以設(shè)定，圖像處理裝置設(shè)置成用于由所計(jì)算的三維位置數(shù)據(jù)和拍攝姿態(tài)計(jì)算其他三維數(shù)據(jù)。這里有利的是，可以獲得用于使3D圖像精細(xì)化的附加的采樣點(diǎn)。圖像處理裝置例如可以設(shè)置成用于以立體法(Stereoverfahren)和/或由利用水平集法(Level-Set-Methode)計(jì)算的邊界面進(jìn)行計(jì)算。
[0014]對應(yīng)的圖像組成部分的組的識別因此可以例如這樣來實(shí)現(xiàn)，首先識別一個圖像中的一個圖像組成部分并且在其他圖像中尋找與已識別的圖像組成部分在內(nèi)容上相對應(yīng)的圖像組成部分。
[0015]優(yōu)選識別多組、例如多于10組或多于50組，或者甚至多于100組對應(yīng)的圖像組成部分。由這些組的圖像組成部分在相應(yīng)的各個圖像中的圖像位置建立方程組，所述方程組作為將各個圖像描述為圖像組成部分的三維布置結(jié)構(gòu)在空間中的投影。所述三維布置結(jié)構(gòu)構(gòu)成所拍攝的場景的可用的近似。圖像處理裝置這里可以設(shè)置成用于對所述方程組求解，以便對于每組圖像組成部分計(jì)算出一個三維的位置數(shù)據(jù)。
[0016]特別有利的是，3D拍攝裝置是攝影設(shè)備、照相機(jī)或配備拍照功能的移動電話、平板電腦或類似設(shè)備，所述設(shè)備分別裝備有優(yōu)選能取下的測距儀。所述3D拍攝裝置也可以構(gòu)造成熱成像照相機(jī)。
[0017]由于本發(fā)明利用較少次數(shù)的距離信息測量、例如對距離信息的唯一一次測量就可以完成，可以使用僅滿足較低要求的測距儀。
[0018]甚至可以給現(xiàn)有的圖像拍攝裝置，例如照相機(jī)或拍照手機(jī)、智能手機(jī)、平板電腦或熱成像照相機(jī)裝備例如可卡接或插接或能夠以其他形式優(yōu)選可拆卸地連接的測距儀，以便提供一種3D拍攝裝置，在相應(yīng)地設(shè)置驅(qū)動軟件之后，利用該拍攝裝置能夠?qū)嵤└鶕?jù)本發(fā)明的方法。
[0019]在本發(fā)明的一個實(shí)施形式中可以設(shè)定，圖像處理裝置設(shè)置成用于通過特征分析識別所述至少一組相互對應(yīng)的圖像組成部分。這里有利的是，能夠識別特征性的圖像組成部分，對于這種圖像組成部分，在所述系列的其余圖像中能夠以高概率識別到內(nèi)容上相互對應(yīng)的圖像組成部分。
[0020]在本發(fā)明的一個實(shí)施形式中可以設(shè)定，圖像處理裝置設(shè)置成用于對圖像進(jìn)行分塊。這里有利的是，能夠彼此分開地進(jìn)一步處理各個圖像組成部分。
[0021]在本發(fā)明的一個實(shí)施形式中可以設(shè)定，圖像處理裝置設(shè)置成用于由測得的距離信息和三維位置數(shù)據(jù)用外插法和/或內(nèi)插法計(jì)算與所述至少一組相互對應(yīng)的圖像組成部分相配的距離信息。這里有利的是，能夠獲得附加的能配設(shè)給各組圖像組成部分的距離信息。因此，進(jìn)一步降低了距離信息的必需的測量次數(shù)。這里可以采用已知的外插法和/或內(nèi)插法。
[0022]備選地或附加地可以設(shè)定，所述圖像處理裝置設(shè)置成用于按外插法和/或內(nèi)插法計(jì)算其他三維位置數(shù)據(jù)。這里有利的是，能夠計(jì)算其他采樣點(diǎn)，以便產(chǎn)生精細(xì)化的3D圖像。
[0023]在本發(fā)明的一個實(shí)施形式中可以設(shè)定，測距儀設(shè)置成用于改變測量方向和/或測量射線的定向。為此例如可以設(shè)定，測距儀活動地沿不同的測量方向設(shè)置。備選或附加地可以設(shè)定，測量射線的光路是可變的，例如通過可開關(guān)和/或可運(yùn)動的反射鏡或其他光學(xué)元件來改變。由此距離測量的測量點(diǎn)是可變的。這里有利的是，利用一個測距儀能夠執(zhí)行多個距離測量。此外有利的是，能夠?qū)εc識別到的各組圖像組成部分相對應(yīng)的場景組成部分執(zhí)行更為精確的距離測量。這里，測距儀例如可以對準(zhǔn)分別對應(yīng)于所識別到的一組圖像組成部分的場景組成部分。由此可以對個別或所有識別到的圖像組成部分組進(jìn)行距離測量。
[0024]在根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施形式中可以設(shè)定，用于對測量儀器的測量方向進(jìn)行定向的操控裝置構(gòu)造成，使得所測得的距離信息與一個圖像分塊相關(guān)聯(lián)。有利的是，可以執(zhí)行有目的的距離測量，這種距離測量能分別配設(shè)于圖像組成部分的各組中的一組。這可以通過測量射線的定向來實(shí)現(xiàn)。
[0025]這里可以通過對事先計(jì)算的拍攝姿態(tài)執(zhí)行時間上的外插法和/或通過分析評估運(yùn)動和/或加速傳感器的輸出信號來計(jì)算或估計(jì)實(shí)際的拍攝姿態(tài)。利用這個新的拍攝姿態(tài)能夠設(shè)置測量方向的定向，以便有目的地例如對于還不存在或僅存在較少三維位置數(shù)據(jù)的圖像組成部分獲得距離信息。
[0026]當(dāng)測距儀剛性地設(shè)置在圖像拍攝裝置上或相對于圖像拍攝裝置剛性地設(shè)置，則可以得到一種結(jié)構(gòu)上特別簡單的實(shí)施形式。為了改變測量射線的定向，可以構(gòu)成具有活動的和/或可轉(zhuǎn)換的反射鏡的鏡機(jī)構(gòu)。
[0027]在本發(fā)明的一個實(shí)施形式中可以設(shè)定，測距儀構(gòu)造成用于在圖像拍攝裝置可檢測的光譜范圍內(nèi)產(chǎn)生測量射線。這里有利的能夠執(zhí)行校準(zhǔn)測量，在校準(zhǔn)測量中，可以識別由測距儀產(chǎn)生光圖案(Lichtmuster)作為一組相對應(yīng)的圖像組成部分。這里有利的是，由這些圖像組成部分的圖像位置可以計(jì)算出距離測量裝置關(guān)于圖像拍攝裝置的拍攝方向的定向。
[0028]在本發(fā)明的一個實(shí)施形式中設(shè)定，設(shè)置運(yùn)動和/或加速傳感器用于檢測圖像拍攝裝置的運(yùn)動。這里有利的是，通過由運(yùn)動和/或加速傳感器的輸出信號得到關(guān)于由于拍攝裝置的拍攝姿態(tài)改變而使所拍攝場景發(fā)生改變的信息，可以對三維位置數(shù)據(jù)的計(jì)算提供輔助。由此能進(jìn)一步降低圖像處理裝置中必需的計(jì)算能力。此外有利的是，對于將來的圖像拍攝，通過對輸出信號執(zhí)行時間上的外插法和積分可以從已經(jīng)計(jì)算得到的拍攝姿態(tài)估計(jì)或計(jì)算出相關(guān)的拍攝姿態(tài)。
[0029]在本發(fā)明的一個實(shí)施形式中設(shè)定，圖像處理裝置設(shè)置成用于消除至少一個三維位置數(shù)據(jù)中的異常測值。這里有利的是，在所計(jì)算的三維位置數(shù)據(jù)集合中能夠選擇出這樣的位置數(shù)據(jù)，這些位置數(shù)據(jù)可以以高概率符合于測得或計(jì)算出的距離信息。此外有利的是，可以消除例如由于計(jì)算誤差或識別錯誤產(chǎn)生的三維位置數(shù)據(jù)。由此能夠改進(jìn)3D圖像生成的質(zhì)量。
[0030]在本發(fā)明的一個實(shí)施形式中設(shè)定，圖像處理裝置設(shè)置成用于將幾何體