发明名称 利用编码基准点作三维表面形状测量之方法
摘要 一种利用编码基准点作三维表面形状测量之方法,其中该编码基准点系由空间分布的点或线所构成之编码,例如二进位编码;系将该编码基准点以黏贴方式或附着于物体(或人体)之表面,或印制于紧身衣、裤上等,再利用预先校正好之摄影机拍摄布满编码基准点之物体的立体影像,当所有编码基准点的立体影像均被拍摄后,该物体的表面形状即可决定。此种三维表面形状测量的装置与方法利用了编码基准点之方式,故不需在物体表面投射编码光图案、预先校正的结构光或雷射,即可简易达成三维表面形状测量。
申请公布号 TWI267037 申请公布日期 2006.11.21
申请号 TW093131092 申请日期 2004.10.14
申请人 国立台北科技大学 发明人 郑振宗;汪家昌;许嘉伦
分类号 G06T17/00(2006.01);G01B11/24(2006.01) 主分类号 G06T17/00(2006.01)
代理机构 代理人 江舟峰 台北市中山区长安东路2段81号6楼
主权项 1.一种利用编码基准点作三维表面形状测量之方 法,包括:步骤一:系先将编码基准点以黏贴或附着 于物体之表面,该编码基准点各角度的影像通常为 变形图案(斜椭圆),为辨识该变形图案,可再透过摄 影机将所拍摄之编码基准点影像的上、下、左、 右部质心作为参考点;若以变形图案的中心为原点 ,将该斜椭圆之图案于对称轴方向上作线性的拉伸 或压缩,致使斜椭圆图案还原为正圆图案,并依此 规则,将此图案周围的编码点,依照上、下、左、 右部质心变形修正量还原为正圆图案周围的编码 点;最后,将还原后的编码点质心座落在特定编码 区内,即可依点大小将编码点转换为二进位号码; 对于变形后矩形图案的还原,采用变形后的四个角 点座标平均値为原点,原点与四个角点分别围出四 个三角形,将这四个三角形以线性变换对应到正矩 形的四个等腰直角三角形,并依此规则把变形图案 周围的编码点还原为特定编码区内的点,即可将编 码基准点转换为二进位号码;步骤二:利用上述的 变形编码辨识技巧,于测量三维表面形状时,利用 编码基准点作不同角度画面的对应点,再以一台或 多台摄影机拍摄固定于物体表面的衆多编码基准 点,并采用上述的变形编码辨识技巧,由 于编码的唯一性,可得到不同角度画面的对应点, 并利用两个角度或两个角度以上的画面组合计算 出这些编码基准点的三维座标位置;因此,计算出 这些编码基准点三维座标位置,即可得到物体表面 的三维形状。 2.如申请专利范围第1项所述之利用编码基准点作 三维表面形状测量之方法,其中该编码基准点系可 为黏贴或附着于被拍摄物体表面的标签,或印制于 紧身衣、裤上的图案。 3.如申请专利范围第1项所述之利用编码基准点作 三维表面形状测量之方法,其中该物体包括有一般 物体、动物或人体。 4.如申请专利范围第1项所述之利用编码基准点作 三维表面形状测量之方法,其中该编码基准点的号 码,可为规则图案,如正圆、矩形或多边形,以作为 判定是否为编码图案之依据。 5.如申请专利范围第1项所述之利用编码基准点作 三维表面形状测量之方法,其中该编码基准点黏贴 或附着于物体时,将致使编码基准点各角度影像形 成变形图案,需将图案作变形修正之转换,将编码 影像作变形修正,并据以辨识图形周围的编码値。 6.如申请专利范围第4项所述之利用编码基准点作 三维表面形状测量之方法,其中该规则图案内可设 置有异色的点或洞,以可作为基准点及编码辨识的 参考点。 7.如申请专利范围第4项所述之利用编码基准点作 三维表面形状测量之方法,其中该规则图案周围的 编码图案的尺寸并具有固定的比例关系。 8.如申请专利范围第1项所述之利用编码基准点作 三维表面形状测量之方法,其中该编码基准点在同 一拍摄物体表面不可为重覆的号码。 9.如申请专利范围第1项所述之利用编码基准点作 三维表面形状测量之方法,其中该三维座标之位置 系根据测量与计算所求出的编码基准点,将连续性 的空间连续的编码基准点座标转换成物体表面的 三角网格资料,或将非空间连续的编码基准点座标 转换成物体表面的点群资料。 10.如申请专利范围第1项所述之利用编码基准点作 三维表面形状测量之方法,其中该编码基准点之辨 识技巧至少使用二台以上预先校正摄影角度与相 对位置与相对方位的摄影机组,且摄影机组在空间 中的位置及方向为已知,拍摄物体移动时的编码基 准点的影像,并据以测量三维表面模型,记录物体 在各时间的形状、尺寸、及方位。 11.如申请专利范围第1项所述之利用编码基准点作 三维表面形状测量之方法,其中该编码基准点之辨 识技巧至少使用二台以上预先校正摄影角度与相 对位置与相对方位的摄影机组,与已知座标的编码 基准点群,将摄影机组与物体表面作相对的自由运 动,取得所有编码基准点的影像,据以测量完整的 三维表面模型,测量时不使用预先校正的定位载物 台或摄影机定位装置。 12.如申请专利范围第1项所述之利用编码基准点作 三维表面形状测量之方法,其中该编码基准点之辨 识技巧至少使用二台以上预先校正摄影角度与相 对位置与相对方位的摄影机组,将摄影机组与物体 表面作相对的自由运动,取得所有编码基准点的影 像,并利用第一组画面所定义曲面点之点群资料, 作为后续各组画面所定义曲面的编码基准点群,据 以测量完整的三维表面模型,测量时不使用预先校 正的定位载物台、摄影机定位装置、以及已知座 标的编码基准点群。 13.如申请专利范围第1项所述之利用编码基准点作 三维表面形状测量之方法,其中该编码基准点之辨 识技巧至少使用一台预先校正摄影角度的摄影机, 与已知座标的定位编码基准点群,将摄影机与物体 表面作相对的自由运动,每一张画面均有四个以上 已知座标的定位基准点将所有编码基准点的影像 与已知座标的编码基准点群影像加以分析,求出以 编码基准点构成之物体的完整三维表面模型。 14.如申请专利范围第1项所述之利用编码基准点作 三维表面形状测量之方法,其中该摄影机拍摄画面 中至少包含四个以上已知座标的编码基准点群,并 根据所拍摄画面求出之摄影机(P点)与任意两个定 位编码基准点的夹角,求出摄影机至各定位编码基 准点的距离,并据以计算摄影机的空间座标与方位 。 15.如申请专利范围第1项所述之利用编码基准点作 三维表面形状测量之方法,其中该编码基准点之辨 识技巧系可测得物体表面三角网格资料或点群资 料,并可将其应用于体表电位分布图与心脏磁场图 像测量所需的人体躯干模型、磁场源计算所需的 三维表面模型、服装设计所需的人体体形、鞋子 设计所需的足部形状、以及帽子与头盔设计所需 的头形模型。 图式简单说明: 图一为本发明利用编码基准点作三维表面形状测 量之方法之正圆基准点的变形修正转换视图; 图二为该利用编码基准点作三维表面形状测量之 方法之矩形基准点的变形修正转换视图; 图三为该利用编码基准点作三维表面形状测量之 方法之正圆编码基准点之变形修正转换与解码视 图; 图四为该利用编码基准点作三维表面形状测量之 方法之矩形编码基准点之变形修正转换与解码视 图; 图五A、B、C为该利用编码基准点作三维表面形状 测量之方法之摄影机与被拍摄对像的关系示意图; 图六为该利用编码基准点作三维表面形状测量之 方法之利用定位编码基准点决定摄影机空间位置( P点)的座标示意图; 图七为该利用编码基准点作三维表面形状测量之 方法之低曲率三维表面形状测量之实施例视图; 图八为该利用编码基准点作三维表面形状测量之 方法之人体测量之实施例视图;以及 图九为该利用编码基准点作三维表面形状测量之 方法之运动分析与定位之实施例视图。
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