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专利号: 2012103900807
申请人: 中国科学院深圳先进技术研究院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-12-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种通过三维内窥镜进行三维重建的方法,所述三维内窥镜,包括:内窥镜前端,所述内窥镜前端包括:

前端壳体;

在所述前端壳体内的摄像单元,用于采集图像;

在所述前端壳体内、所述摄像单元前方的至少三个沿所述前端壳体周向均匀布置的灯;

控制处理终端,用于控制所述摄像单元和所述灯,及处理所述摄像单元采集到的图像;

连接所述内窥镜前端与所述控制处理终端的管线;以及标定球体,所述标定球体为半径已知的镜面反射球,用于在首次使用前,标定所述灯的光源方向;

所述三维重建的方法包括步骤:

S101标定摄像单元的内参数,以获得摄像单元的焦距、中心点坐标;

S102利用标定球体,标定每个灯的光源方向l;

S103通过亮度补偿来矫正近光源光照场,以确定近光源光照场中每个点的矫正系数;

S104控制处理终端控制灯顺序亮灭,并控制摄像单元依次采集每个灯亮起时目标的图像,并根据步骤S103的矫正系数,确定图像中每个像素点矫正后的亮度I;

S105利用步骤S104中采集的图像,采用反射模型设定反射率ρ,建立目标的三维模型,并估算图像中每个像素点的三维法向N,以得到三维法向场;

S106通过法向场积分法,获得目标的三维模型,其中步骤S102中,光源方向l的标定步骤如下:S1021以摄像单元为原点o,建立像素坐标系,并依据摄像单元的焦距f确定摄像单元在像素坐标系上的像平面;

S1022摄像单元捕获标定球体上镜面反射点s在像平面上的像点s’的坐标;

S1023计算单元通过椭圆拟合,获得镜面反射球心c在像平面上的像点c’坐标;

S1024根据公式 计算镜面反射球心c的坐标;

S1025依据镜面反射球心c的坐标和镜面反射球半径r,计算球面方程;

S1026计算os’与球面方程的交点坐标,为镜面反射点s的坐标;

S1027依据镜面反射球心c和镜面反射点s的坐标确定法向量n;

S1028依据镜面反射球半径r和法向量n,通过式l=2(n·r)n-r,计算得到光源方向l。

2.权利要求1所述的方法,其中,所述反射模型为朗伯反射模型、PHONG镜面反射模型或双反射模型BRDF中的一种。

3.权利要求1所述的方法,其中,所述步骤S101-S106以及步骤S1021-S1028通过安装在控制处理终端的三维重建软件进行。

4.权利要求1所述的方法,其中,所述控制处理终端为个人电脑或嵌入式单元。

5.权利要求4所述的方法,其中,所述控制处理终端还包括存储单元和/或输出单元。

6.权利要求1所述的方法,其中,所述摄像单元为摄像头。

7.权利要求1所述的方法,其中,所述灯为LED灯、光纤或白炽灯中的一种。

8.权利要求1所述的方法,其中,所述灯可为红色、绿色或蓝色的不同颜色。

9.权利要求1所述的方法,其中,所述管线为USB数据线,并且所述管线与所述控制处理终端通过USB接口连接。