本發(fā)明專利技術(shù)提供一種三維圖像生成系統(tǒng)、三維圖像生成方法、三維圖像生成程序以及存儲(chǔ)介質(zhì)，利用顯微鏡所拍攝的若干枚景深范圍較窄的顯微照片，生成景深范圍很寬的被拍攝到的被測(cè)物體的所有的部分都被清晰聚焦的全視野圖像、以及能夠表現(xiàn)被測(cè)物體表面立體形狀的三維圖像。本發(fā)明專利技術(shù)的三維圖像生成系統(tǒng)包括攝影單元、測(cè)量用圖像生成單元、全視野圖像生成單元以及三維圖像生成手段。攝影單元使用含有變焦鏡頭的相機(jī)設(shè)備，調(diào)節(jié)鏡頭的焦距，將鏡頭焦點(diǎn)分別聚焦在被測(cè)物體不同深度的地方，在各個(gè)焦距拍攝一枚或多枚景深范圍很窄的被測(cè)物體的照片。測(cè)量用圖像生成單元使用攝影單元在各個(gè)焦距所拍攝的一枚或多枚照片，生成各個(gè)焦距的測(cè)量用圖像。全視野圖像生成單元基于測(cè)量用圖像生成單元所生成的各個(gè)焦距的測(cè)量用圖像，生成一枚景深范圍很寬的、被拍攝到的被測(cè)物體的所有的部分都被清晰聚焦的全視野圖像。三維圖像生成手段計(jì)算上述全視野圖像中的各個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的被測(cè)物體表面上的測(cè)量點(diǎn)的三維世界坐標(biāo)、進(jìn)而生成被測(cè)物體的三維圖像。生成被測(cè)物體的三維圖像。生成被測(cè)物體的三維圖像。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
三維圖像生成系統(tǒng)、三維圖像生成方法、三維圖像生成程序以及存儲(chǔ)介質(zhì)
[0001]本專利技術(shù)涉及一種能夠利用景深范圍很窄的顯微鏡照片得到景深范圍很寬的、所有像素都清晰的全視野圖像，進(jìn)而得到被測(cè)物體的三維圖像的三維圖像生成系統(tǒng)、三維圖像生成方法、三維圖像生成程序以及存儲(chǔ)介質(zhì)。
技術(shù)介紹
[0002]在觀測(cè)微小物體或試樣時(shí)經(jīng)常使用光學(xué)顯微鏡。光學(xué)顯微鏡的景深范圍較窄，并且放大倍數(shù)越大景深就越窄。因此，為了觀測(cè)試樣的不同部位，需要頻繁地調(diào)節(jié)顯微鏡鏡頭的焦距。
[0003]通過(guò)調(diào)節(jié)鏡頭的焦距，可以拍攝被測(cè)物體在不同焦距下的照片，根據(jù)調(diào)節(jié)鏡頭焦距實(shí)施三維圖像測(cè)量的原理，可以得到被測(cè)物體表面的三維圖像。然而，這種三維測(cè)量技術(shù)需要高精度地調(diào)節(jié)鏡頭的焦距，成本較高。另外，帶有電動(dòng)焦距調(diào)節(jié)器的鏡頭一般體積都比較大、重量也比較重，通常只能被設(shè)置在實(shí)驗(yàn)室等場(chǎng)所，較難作為便攜式測(cè)量?jī)x器帶到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用。
[0004]最近，如專利文獻(xiàn)1記載的基于干涉法的顯微鏡三維圖像測(cè)量技術(shù)、如專利文獻(xiàn)2記載的使用多枚不同放大倍數(shù)的照片進(jìn)行合成等技術(shù)被提出。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
[0005]【專利文獻(xiàn)1】日本特開2018－40644號(hào)公報(bào)【專利文獻(xiàn)2】日本特開2014－219623號(hào)公報(bào)專利技術(shù)的內(nèi)容專利技術(shù)要解決的問(wèn)題
[0006]上述專利文件1所記載的三維形狀測(cè)量方法存在著光學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜的問(wèn)題。上述專利文獻(xiàn)2記載的合成方法，需要調(diào)節(jié)鏡頭的放大倍數(shù)、還需要具有分光系統(tǒng)。
[0007]為此，本專利技術(shù)的目的是提供一種三維圖像生成系統(tǒng)、三維圖像生成方法、三維圖像生成程序以及存儲(chǔ)介質(zhì)，以獲取所拍攝的物體的全視野圖像，亦即被測(cè)物體表面的所有的部分都被清晰聚焦的景深范圍很寬的圖像，進(jìn)而得到被測(cè)物體表面形狀的三維圖像。用于解決問(wèn)題的方案
[0008]本專利技術(shù)的三維圖像生成系統(tǒng)，包括攝影單元、測(cè)量用圖像生成單元、全視野圖像生成單元、三維圖像生成單元等部分。攝影單元使用含有圖像傳感器和可以使用電氣信號(hào)改變焦距的變焦鏡頭的相機(jī)設(shè)備，調(diào)節(jié)鏡頭的焦距，將鏡頭焦點(diǎn)分別聚焦在被測(cè)物體的不同的地方，在各個(gè)焦距拍攝一枚或多枚景深范圍很窄的被測(cè)物體的照片。測(cè)量用圖像生成單元使用所述攝影單元在各個(gè)焦距所拍攝的一枚或多枚照片，生成各個(gè)焦距的測(cè)量用圖像；全視野圖像生成單元基于所述測(cè)量用圖像生成單元所生成的各個(gè)焦距的測(cè)量用圖像，生成一枚景深范圍很寬的、被拍攝到的被測(cè)物體的所有的部分都被清晰聚焦的全視野圖像；三
維圖像生成單元利用使用所述全視野圖像生成單元生成的全視野圖像，計(jì)算出全視野圖像各個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的所述被測(cè)物體表面的三維世界坐標(biāo)，進(jìn)而生成所述被測(cè)物體的三維圖像。
[0009]本專利技術(shù)的三維圖像生成方法具有以下特征：使用含有圖像傳感器和可以使用電氣信號(hào)改變焦距的變焦鏡頭的相機(jī)設(shè)備，調(diào)節(jié)鏡頭的焦距，將鏡頭焦點(diǎn)分別聚焦在被測(cè)物體的不同的地方，在各個(gè)焦距拍攝一枚或多枚景深范圍很窄的被測(cè)物體的照片；利用計(jì)算機(jī)，使用在各個(gè)焦距所拍攝的一枚或多枚照片，生成各個(gè)焦距的測(cè)量用圖像；利用計(jì)算機(jī)，基于所述測(cè)量用圖像生成單元所生成的各個(gè)焦距的測(cè)量用圖像，生成一枚景深范圍很寬的、被拍攝到的被測(cè)物體的所有的部分都被清晰聚焦的全視野圖像；利用計(jì)算機(jī)，使用所述全視野圖像生成單元生成的全視野圖像，計(jì)算出全視野圖像各個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的所述被測(cè)物體表面的三維世界坐標(biāo)，進(jìn)而生成所述被測(cè)物體的三維圖像。
[0010]本專利技術(shù)的技術(shù)，使用含有圖像傳感器和可以使用電氣信號(hào)改變焦距的變焦鏡頭的相機(jī)設(shè)備，調(diào)節(jié)鏡頭的焦距，將鏡頭焦點(diǎn)分別聚焦在被測(cè)物體的不同的地方，在各個(gè)焦距拍攝一枚或多枚景深范圍很窄的被測(cè)物體的照片；使用在各個(gè)焦距所拍攝的一枚或多枚照片，生成各個(gè)焦距的測(cè)量用圖像；基于所述測(cè)量用圖像生成單元所生成的各個(gè)焦距的測(cè)量用圖像，便可以生成一枚景深范圍很寬的、被拍攝到的被測(cè)物體的所有的部分都被清晰聚焦的全視野圖像；基于全視野圖像生成單元生成的全視野圖像，可以進(jìn)一步計(jì)算出全視野圖像各個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的所述被測(cè)物體表面的三維世界坐標(biāo)，進(jìn)而生成所述被測(cè)物體表面形狀的三維圖像。
[0011]本專利技術(shù)的三維圖像生成系統(tǒng)中最好包含三維圖像修正單元，以修正由三維圖像生成單元生成的三維圖像中的三維坐標(biāo)值異常的部分。這樣就可以保證使用三維圖像生成單元生成的三維圖像中的不連續(xù)、缺損等不自然的部分得以修正。
[0012]本專利技術(shù)包含三維圖像生成程序，利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)攝影單元、測(cè)量用圖像生成單元、全視野圖像生成單元、三維圖像生成單元等各個(gè)單元的各項(xiàng)功能，即實(shí)現(xiàn)使用含有圖像傳感器和可以使用電氣信號(hào)改變焦距的變焦鏡頭的相機(jī)設(shè)備，調(diào)節(jié)鏡頭的焦距，將鏡頭焦點(diǎn)分別聚焦在被測(cè)物體的不同的地方，在各個(gè)焦距拍攝一枚或多枚景深范圍很窄的被測(cè)物體的照片；使用在各個(gè)焦距所拍攝的一枚或多枚照片，生成各個(gè)焦距的測(cè)量用圖像；基于所述測(cè)量用圖像生成單元所生成的各個(gè)焦距的測(cè)量用圖像，便可以生成一枚景深范圍很寬的、被拍攝到的被測(cè)物體的所有的部分都被清晰聚焦的全視野圖像；基于全視野圖像生成單元生成的全視野圖像，可以進(jìn)一步計(jì)算出全視野圖像各個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的所述被測(cè)物體表面的三維世界坐標(biāo)，進(jìn)而生成所述被測(cè)物體表面形狀的三維圖像。這樣便可以利用計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)本專利技術(shù)的圖像處理系統(tǒng)的各個(gè)功能。專利技術(shù)的效果
[0013](1)本專利技術(shù)使用含有圖像傳感器和可以使用電氣信號(hào)改變焦距的變焦鏡頭的相機(jī)設(shè)備，調(diào)節(jié)鏡頭的焦距，將鏡頭焦點(diǎn)分別聚焦在被測(cè)物體的不同的地方，在各個(gè)焦距拍攝一枚或多枚景深范圍很窄的被測(cè)物體的照片；使用在各個(gè)焦距所拍攝的一枚或多枚照片，生成各個(gè)焦距的測(cè)量用圖像；基于所述測(cè)量用圖像生成單元所生成的各個(gè)焦距的測(cè)量用圖像，生成一枚景深范圍很寬的、被拍攝到的被測(cè)物體的所有的部分都被清晰聚焦的全視野圖像；基于全視野圖像生成單元生成的全視野圖像，可以進(jìn)一步計(jì)算出全視野圖像各個(gè)像
素所對(duì)應(yīng)的所述被測(cè)物體表面的三維世界坐標(biāo)，進(jìn)而生成所述被測(cè)物體表面形狀的三維圖像。這樣便可以只是用廉價(jià)的圖像傳感器和可變焦點(diǎn)鏡頭得到景深范圍很寬的全視野圖像以及被測(cè)物體表面形狀的三維圖像。
[0014](2)本專利技術(shù)的三維圖像修正單元，可以修正由三維圖像生成單元生成的三維圖像中的三維坐標(biāo)值異常的部分，保證使用三維圖像生成單元生成的三維圖像中的不連續(xù)、缺損等不自然的部分得以修正，以得到更加真實(shí)、自然的三維圖像。
附圖說(shuō)明
[0015]圖1是本專利技術(shù)實(shí)施方式中的三維圖像生成系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖。圖2是圖1中的照明裝置下部的發(fā)光部分的示意圖。圖3是圖1所示的三維圖像生成系統(tǒng)構(gòu)成的框圖。圖4是一種照明圖案的示例。圖5是一種照明圖案的示例。圖6是一種照明圖案的示例。圖7是一種照明圖案的示例。圖8是使用不同焦距的圖像生成全視野圖像的示意圖圖9是從不同焦距的圖像中提取被清晰地拍攝到的像素的示意圖。圖10是全視野圖像修正的示意圖。圖11是使用圖1所示三維圖像生成系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)的流程圖。圖12是圖11中的S101部分的詳細(xì)流程圖。圖13是圖11中的S110部分的詳細(xì)流程圖。圖14是在圖1所示三維圖像生成系統(tǒng)中使用本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種三維圖像生成系統(tǒng)，包括攝影單元、測(cè)量用圖像生成單元、全視野圖像生成單元、三維圖像生成單元，所述攝影單元使用含有圖像傳感器和可以使用電氣信號(hào)改變焦距的變焦鏡頭的相機(jī)設(shè)備，對(duì)于被測(cè)物體，調(diào)節(jié)鏡頭的焦距，將鏡頭焦點(diǎn)分別聚焦在被測(cè)物體的不同的地方，在各個(gè)焦距拍攝一枚或多枚景深范圍很窄的被測(cè)物體的照片；所述測(cè)量用圖像生成單元使用所述攝影單元在各個(gè)焦距所拍攝的一枚或多枚照片，生成各個(gè)焦距的測(cè)量用圖像；所述全視野圖像生成單元對(duì)基于所述測(cè)量用圖像生成單元所生成的各個(gè)焦距的測(cè)量用圖像的各個(gè)像素進(jìn)行特征分布解析，提取特征值最大的像素，生成一枚景深范圍很寬的、被拍攝到的被測(cè)物體的所有的部分都被清晰聚焦的全視野圖像；所述三維圖像生成單元利用使用所述全視野圖像生成單元生成的全視野圖像，計(jì)算出全視野圖像各個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的所述被測(cè)物體表面的三維世界坐標(biāo)，進(jìn)而生成所述被測(cè)物體的三維圖像。2.根據(jù)權(quán)力要求1所述的三維圖像生成系統(tǒng)，其特征在于：所述三維圖像生成單元，根據(jù)所述被測(cè)物體表面的測(cè)量點(diǎn)和被拍攝到的被測(cè)物體的照片上的所述測(cè)量點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的像素的二維圖像坐標(biāo)之間的投影變換關(guān)系、各個(gè)像素被清晰地拍攝時(shí)的相機(jī)鏡頭的焦距、被清晰地拍攝到的各個(gè)像素與所述被測(cè)物體表面的測(cè)量點(diǎn)的深度距離之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算出所述全視野圖像的各個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)的三維世界坐標(biāo)，進(jìn)而生成所述被測(cè)物體表面形狀的三維圖像。3.根據(jù)權(quán)力要求1所述的三維圖像生成系統(tǒng)，其特征在于：所述三維圖像生成系統(tǒng)包含測(cè)量用圖像位置調(diào)節(jié)單元，調(diào)節(jié)利用所述測(cè)量用圖像生成單元所生成的各個(gè)不同焦距的測(cè)量用圖像之間的微小的位置偏差。4.根據(jù)權(quán)力要求3所述的三維圖像生成系統(tǒng)，其特征在于：所述測(cè)量用圖像位置調(diào)節(jié)單元，將使用在所述相機(jī)設(shè)備標(biāo)定過(guò)程中獲取深度距離基準(zhǔn)值時(shí)的焦距所拍攝的測(cè)量用圖像作為調(diào)節(jié)用基準(zhǔn)圖像，并分別從其他各個(gè)焦距的測(cè)量用圖像中提取一些特征點(diǎn)，然后調(diào)節(jié)各個(gè)焦距的測(cè)量用圖像的位置使這些特征點(diǎn)和從調(diào)節(jié)用基準(zhǔn)圖像中提取的特征點(diǎn)之間的空間距離為最小，分別定義這些位置調(diào)節(jié)參數(shù)為所在焦距測(cè)量用圖像的位置調(diào)節(jié)用參數(shù)，利用這些位置調(diào)節(jié)用參數(shù)去對(duì)實(shí)際測(cè)量時(shí)的各個(gè)焦距的測(cè)量用圖像的位置進(jìn)行微調(diào)節(jié)。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：盧存?zhèn)?/a>，辻野和廣，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：學(xué)校法人福岡工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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