TWI865069B - 矩陣式成像設備 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種矩陣式成像設備，其包含一基座以及一取像模組。基座供置放一待測物，其包含多個漸層色環。取像模組包含矩陣式排列之多個攝像頭。取像模組可透過該些攝像頭同時擷取包含待測物部分區域及該些漸層色環部分區域之多個二維影像，並依據該些漸層色環之色彩、待測物之取像位置及待測物之色彩，將該多個二維影像組合成對應待測物幾何型態及色彩之一三維影像。

Description

矩陣式成像設備

本發明係關於一種成像設備，特別係關於可以擷取之多個二維影像合成為一三維影像之矩陣式成像設備。

三維建模技術於現代已受到相當重視。通常，三維建模係指以攝像機所擷取之圖像為基礎，透過重構之演算法，計算還原出真實場景或物件之三維立體空間訊息。此種技術已廣泛應用於自動駕駛、3D列印、智慧機器人視覺、醫療、虛擬實境、電子商務、遊戲娛樂、自動化製造等產業。

實現上述三維建模之方式，其一為透過使用特殊設備，諸如利用可運算深度訊息之取像裝置直接生成三維影像。惟此種方式仰賴於複雜之硬體設備及專業操作，設備成本高且不利於普及。另一為透過諸如MVS(Multi View Stereo)算法，對擷取之多張二維影像進行對位拼接合成三維影像。惟此類算法耗費資源過大，不利於使用一般資源有限之設備進行運算。再者，其多張影像之間之匹配定位參數選取仍過於複雜。另亦有其餘通過攝像進行三維建模之方式者，惟對於各三維影像間如何進行拼接處理，仍仰賴大量人力操作或複雜運 算，於成本仍居高不下。

基於此，開發具有簡易高效運算，可普遍運用尋常設備即可構成精確之三維建模系統者仍有必要。

本發明係提供一種矩陣式成像設備，其係使用具矩陣式排列之攝像頭之取像模組，可將擷取之待測物之二維影像進行對位、拼接而合成待測物之三維影像，並透過特殊之取像方法，提高合成三維影像之準確度及效率，可高度還原待測物之真實三維幾何型態及色彩。

於一實施方式，本發明提供一種矩陣式成像設備，其包含一基座以及一取像模組。基座供置放一待測物，其包含多個漸層色環。取像模組設置於基座周側，其包含矩陣式排列之多個攝像頭。取像模組可透過該些攝像頭同時擷取包含待測物部分區域及該些漸層色環部分區域之多個二維影像，並依據該些漸層色環之色彩、待測物之取像位置及待測物之色彩，將該多個二維影像組合成對應該待測物幾何型態及色彩之一三維影像。其中，於操作時，待測物靜止不動，取像模組繞待測物移動；或取像模組靜止不動，基座帶動待測物轉動，以令取像模組擷取對應待測物部分區域及該些漸層色環部分區域之多個二維影像。

於一實施例，取像模組之該些攝像頭可裝配於一 攝像機、一手機、一筆電或一平板電腦。

於一實施例，各漸層色環可包含多個漸層色區塊。

於一實施例，所述各漸層色區塊可包含紅色及其漸層色系、藍色及其漸層色系、綠色及其漸層色系或由前述任意色彩組成之漸層色系。

於一實施例，所述漸層色區塊可包含青色及其漸層色系、洋紅色及其漸層色系、黃色及其漸層色系或由前述任意色彩組成之漸層色系。

於一實施例，多個攝像頭可排列呈一一維線性陣列、一二維線性陣列或一三維線性陣列。

於一實施例，多個攝像頭可排列呈一一維環形陣列、一二維環形陣列或一三維環形陣列。

100:矩陣式成像設備

110:基座

111:漸層色環

111a、111b、111c:漸層色區塊

120:取像模組

121:攝像頭

O:待測物

第1圖係繪示依據本發明一實施例之矩陣式成像設備之架構示意圖；第2圖係繪示第1圖之矩陣式成像設備之另一種架構示意圖；第3圖係繪示第1圖之矩陣式成像設備中，漸層色環之漸層色區塊示意圖；第4圖係繪示第1圖之矩陣式成像設備之一種操作方式示意圖； 第5圖係繪示第1圖之矩陣式成像設備之另一種操作方式示意圖。

以下將參照圖式說明本發明之複數個實施例。為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施例中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式及著重於本案主要技術特徵，一些習知慣用、非必要的結構與元件，將在圖式中以簡單示意的方式繪示或省略之。

請參照第1圖、第2圖及第3圖。第1圖係繪示依據本發明一實施例之矩陣式成像設備100之架構示意圖。第2圖係繪示第1圖之矩陣式成像設備100之另一種架構示意圖。第3圖係繪示第1圖之矩陣式成像設備100中，漸層色環111之漸層色區塊111a、111b、111c示意圖。

本發明提供一種矩陣式成像設備100，其包含一基座110以及一取像模組120。基座110供置放一待測物O，其包含多個漸層色環111。取像模組120設置於基座110周側，其包含矩陣式排列之多個攝像頭121。取像模組120可透過該些攝像頭121同時擷取包含待測物O部分區域及該些漸層色環111部分區域之多個二維影像，並依據該些漸層色環111之色彩、 待測物O之取像位置及待測物O之色彩，將該多個二維影像組合成對應該待測物O幾何型態及色彩之一三維影像。

各攝像頭121可裝配於一攝像機、一手機、一筆電、一平板電腦上或其他可供裝配攝像頭121之裝置上。取像模組120透過多個攝像頭121拍攝擷取待測物O不同區域之多個二維影像時，同時亦拍攝擷取基座110之漸層色環111不同區域之多個二維影像。換言之，各攝像頭121所拍攝之單張二維影像內，即同時包含待測物O之部分區域影像以及基座110之漸層色環111之部分區域影像。

取像模組120中之多個攝像頭121可具有多種排列方式。第1圖中，多個攝像頭121沿一直線同軸設置排列呈一線性陣列。並且，多組同軸設置之攝像頭121再排列成一二維線性陣列。攝像頭121之數量並無特別限制，數量較多的攝像頭121可拍攝數量較多的二維影像，有助於合成更接近待測物O真實幾何型態及色彩之三維影像。攝像頭121排列形成之線性陣列可為一維線性陣列、二維線性陣列或三維線性陣列。第2圖中，多個攝像頭121排列呈一環形陣列。換言之，多個攝像頭121圍繞待測物O呈一環形，以拍攝同時包含待測物O之部分區域以及基座110之漸層色環111之部分區域之多個二維影像。類似地，環形陣列亦可為一維環形陣列、二維環形陣列或三維環形陣列。

基座110之各漸層色環111可包含多個漸層色區 塊111a、111b、111c。例如於第3圖中，基座即包含了三個漸層色環111，而各漸層色環中，各自包含三個漸層色區塊111a、111b、111c。

各漸層色區塊111a、111b、111c之顏色可相同或相異。於一實施例，漸層色區塊111a可包含紅色及其漸層色系、漸層色區塊111b可包含藍色及其漸層色系、漸層色區塊111c可包含綠色及其漸層色系，漸層色區塊111a、111b、111c之顏色亦可包含由前述任意色彩組成之漸層色系。於另一實施例，漸層色區塊111a可包含青色及其漸層色系、漸層色區塊111b可包含洋紅色及其漸層色系、漸層色區塊111c可包含黃色，漸層色區塊111a、111b、111c之色彩亦可包含由前述任意色彩組成之漸層色系。

本發明中，漸層色區塊111a、111b、111c使用之一種色彩系統，係為紅色、綠色及藍色三種色光，亦可稱為色光三原色，係因其為基本色光，不可被分解，而可組合成任意色彩。於另一色彩系統中，係為黃色、青色及洋紅色，亦可稱為色料三原色，其係基於紅色混合綠色而得到黃色，綠色混合藍色而得到青色，藍色混合紅色而得到洋紅色。藉由混合不同比例及強度之色光三原色或色料三原色，將可得出複雜且接近真實之色彩。惟上述色彩系統僅為一示例，視不同目的而可使用更多種類色彩之漸層色區塊111a、111b、111c，漸層色區塊之數量可為三或以上，且其色彩系統亦未必如上述採用三 種色彩之系統，其色彩之數量可為三或以上，無特別限制。

一般透過合成多個二維影像進行待測物之三維影像建模時，是否完整還原對應待測物O之真實三維幾何型態及色彩為最關鍵問題。本發明中，於基座110上配置有漸層色環111。於擷取待測物O之二維影像時，同步將漸層色環111之不同漸層色區塊111a、111b、111c之二維影像進行擷取於單一二維影像中，同時待測物O之取像位置及待測物之O色彩亦一併進行擷取，並依據該些漸層色環111之漸層色區塊之111a、111b、111c色彩、待測物O之取像位置及待測物O之色彩，進行影像辨識分析及影像合成演算。藉此，增加待測物O各部分之二維影像拼接合成時之準確性。同時，以漸層色區塊111a、111b、111c之漸層過渡色彩為影像合成演算之參考色彩依據，減少不必要之色彩耗費，可增加影像合成效率，提高三維影像建模之真實度。

請參照第4圖及第5圖。第4圖係繪示第1圖之矩陣式成像設備100之一種操作方式示意圖。第5圖係繪示第1圖之矩陣式成像設備100之另一種操作方式示意圖。

於操作矩陣式成像設備100進行取像時，可具多種操作方式。第4圖中，取像模組120靜止不動，基座110帶動待測物O轉動，以擷取待測物O部分區域及漸層色環111之漸層色區塊111a、111b、111c部分區域之多個不同角度之二維影像。第5圖中，則待測物O靜止不動，取像模組120繞待測物O 移動。前已述及，取像模組120之多個攝像頭121可排列呈線性陣列或環形陣列。藉此，無需設置數量龐大之攝像頭121，使用較少之攝像頭121即可拍攝多個相對待測物O各部分區域及漸層色環111之漸層色區塊111a、111b、111c各部分區域之二維影像，將可減少攝像頭121之使用並提高拍攝效率。於轉動待測物O或取像模組120時，可間隔一定角度進行360度轉動。當拍攝之二維影像張數越多時，可合成越細緻之三維影像。

於第4、5圖實施例中，各攝像頭121可相對待測物O呈不同角度以拍攝待測物O相異部分之影像。換言之，調整各攝像頭121相對待測物O之取像角度，以同時拍攝待測物O各部分區域及以及漸層色環111之漸層色區塊111a、111b、111c部分區域之各種不同角度之二維影像。

欲對取像模組120所拍攝之多個二維影像進行處哩，首先將該多個二維影像轉化為一影像訊號，並可傳送至一影像處理模組(圖未示)進行影像處理。影像處理模組載有相關之軟體程序，並依據漸層色環111之漸層區塊111a、111b、111c之色彩，待測物O之拍攝位置，對不同攝像頭121所拍攝之待測物O不同部分之多個二維影像進行影像辨識及對齊定位分析，並將多個二維影像組合成對應待測物O完整之真實幾何型態及顏色之一三維影像。

影像處理模組可設置於取像模組120中或設置於與取像模組120連線之雲端裝置中。舉例而言，取像模組120 之攝像頭121若裝配於一手機、一筆電或一平板電腦中，則其自身即載有具運算功能之微處理器及軟體。攝像頭121若裝配於一相機或錄影機中，則可以無線或有線連線方式，將其拍攝得到之二維影像轉化為影像訊號，並傳送至雲端裝置進行影像辨識及運算分析。

是故，本發明揭示之矩陣式成像設備100，取像模組120可使用普遍之攝像裝置，再透過基座110所設置之漸層色環111為二維影像合成之參考輔助，不僅可降低設備成本，且有助於提高二維影像合成之精確度及效率，進而得到高還原度之三維合成影像。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:矩陣式成像設備

110:基座

111:漸層色環

120:取像模組

121:攝像頭

O:待測物

Claims (4)

1. 一種矩陣式成像設備，其包含：一基座，其供置放一待測物，其中該基座包含多個漸層色環；以及一取像模組，其設置於該基座周側，其包含矩陣式排列之多個攝像頭，該取像模組透過該些攝像頭同時擷取包含該待測物部分區域及該些漸層色環部分區域之多個二維影像，並依據該些漸層色環之色彩、該待測物之取像位置及該待測物之色彩，將該多個二維影像組合成對應該待測物幾何型態及色彩之一三維影像；其中，於操作時，該待測物靜止不動，該取像模組繞該待測物移動；或該取像模組靜止不動，該基座帶動該待測物轉動，以令該取像模組擷取對應該待測物部分區域及該些漸層色環部分區域之該多個二維影像；其中，各該漸層色環包含多個漸層色區塊，各該漸層色區塊之色彩包含紅色、藍色、綠色或由前述任意色彩單獨或二個以上組合成之一或多個漸層色系；或各該漸層色區塊之色彩包含青色、洋紅色、黃色或由前述任意色彩單獨或二個以上組合成之一或多個漸層色系；其中於擷取該待測物之二維影像時，同步將包含該待測物之取像位置、該待測物之色彩及該漸層色環之各該不同漸層色區塊之二維影像進行擷取於單一二維影像中，並依據該些漸層色環之各該漸層色區塊之色彩、該待測物之取像位置 及該待測物之色彩，進行影像辨識分析及影像合成演算，並以各該漸層色區塊之各該漸層色系為影像合成演算之參考色彩依據。
2. 如請求項1所述的矩陣式成像設備，其中該取像模組之該些攝像頭可裝配於一攝像機、一手機、一筆電或一平板電腦。
3. 如請求項1所述的矩陣式成像設備，其中該多個攝像頭排列呈一一維線性陣列、一二維線性陣列或一三維線性陣列。
4. 如請求項1所述的矩陣式成像設備，其中該多個攝像頭排列呈一一維環形陣列、一二維環形陣列或一三維環形陣列。

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