[发明专利]使用红外图案照射创建对象的三维图像

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求来自于2005年1月7日提交的、序列号为No.60/641752的、标题为“CREATING 3D IMAGES OF OBJECTS BY ILLUMINATING WITH INFRAREDPATTERNS”的美国临时申请。这里出于所有目的，包括这个临时申请的全部内容。

技术领域

本公开涉及图像处理。

背景技术

市场中存在有出于各种目的、用于三维数字化的工业产品。例子包括医疗应用、娱乐产业应用(例如，三维游戏、电影和动画)、时尚设计(例如，三维服装设计、服饰试穿以及塑料手术(plastic surgery))、考古修复和/或保管、司法应用(例如，犯罪现场调查)以及在线物品展示(例如，在线博物馆和在线商店)。

通常，有两种三维数字化技术：有源感测和无源感测。属于第一种的技术、即有源感测的通常向被测量/被观察的场景发射某种能量(例如，光和/或声等)，并且接收反射能或观察反射图案，使用光学或声学方面的物理定律获得从传感器到场景中的对象的距离。有源感测通常需要对照明部件进行复杂并且精密的光学设计，并且，通常需要对环境光照进行控制，从而帮助进行三维捕捉。通常，这一种类中的传感器被局限于对静态场景/对象进行感测，这是由于正常情况下，实际上需要移动扫描系统中的某些部件(例如，需要移动这一种类中的、用于发射激光的部件，以便对对象的不同线进行扫描)，因而导致这些传感器通常需要一定的时间来完成扫描进程。有源三维感测技术包括激光扫描、莫尔条纹等高线(moire fringe contouring)、飞行时间以及结构化照明。

相反，第二种类的无源感测技术通常不向场景发射能量。这些技术通过将场景中的某些可用信号，如亮度和/或颜色，与传感器配置信息一起进行分析，捕捉这些信号，这些技术获得用于场景的三维信息。立体视觉(两台或多台照相机)是无源三维感测的典型例子。

无源感测通常不需要复杂的光学设计。例如，立体视觉系统通常对场景/对象进行拍照，并且使用简单的装置再现三维信息。某些系统还将多台相机集成在一个系统中，以便既捕捉来自场景/对象的三维信息，又捕捉来自场景/对象的彩色纹理信息。具有速度相当快的计算机CPU的系统还可以处理动态场景。为了保证立体感特征充分，从而使两个视图匹配，基于立体视觉的系统通常需要将某些附加特征引入到场景/对象上。投影机(例如，幻灯机或LCD)经常被用于将这样的图案投射到表面上。在这样的系统中，为了捕捉(1)场景/对象的、具有叠加特征的图像以及(2)场景/对象的、没有叠加特征的彩色纹理图像，对图案进行打开和关断。通常，这需要某种将图案打开和关闭的机构。此外，在感兴趣的对象是人类的情况下，照到人脸上的图案会使人眼感到不适。

已知的立体技术建立了两个立体视图之间的对应关系。一般情况下，有两种主要方法用于对对应关系进行计算或进行匹配。第一种方法为基于特征的方法，这种方法通常为图像中的这样一些位置生成匹配，这些位置具有丰富的关于场景的信息，诸如拐角、边缘和线段。第二种方法为基于区域的匹配技术，这种方法在本地图像区域中，根据像素类似性使两个视图匹配。基于特征的方法(第一种方法)使用了表面纹理特征信息，并且为数量有限的像素生成匹配。基于区域的方法(第二种方法)通常在计算方面更昂贵，但是一般能够生成密度大的匹配。对于三维数字化，通常，对三维表面进行采样的分辨率越高，对表面的捕捉越好。基于特征的立体匹配方法通常不为此目的提供足够的匹配点。基于区域的立体匹配方法一般可以生成表面上的、数量足够的三维样本，但是，这种方法会进行长时间计算，尤其是进行高分辨率捕捉时。

发明内容