[發(fā)明專利]利用二維圖像生成三維幾何模型的自動(dòng)建模方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210089989.9
• 申請(qǐng)日: 2012-03-30
• 公開（公告）號(hào): CN102663814A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 左健存
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海第二工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T17/00
• 分類號(hào): G06T17/00
• 代理公司: 上海信好專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31249
• 代理人: 張妍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用二維圖像生成三維幾何模型的自動(dòng)建模方法。

背景技術(shù)

建造物體對(duì)象的幾何模型稱為幾何建模，即生成對(duì)象的三維模型以描述對(duì)象的外形，其為后期形象建模(也稱物理建模)和程序?qū)崿F(xiàn)的重要基礎(chǔ)性工作，在眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。幾何模型的建造通常有三種方法：第一種方法，也是最常用的建模方法，是使用CAD軟件，采用交互的方式來(lái)創(chuàng)建對(duì)象的幾何模型；第二種方法是使用三維數(shù)字化儀來(lái)進(jìn)行幾何建模；第三種方法，可使用一些現(xiàn)有的圖形庫(kù)中的成像功能來(lái)創(chuàng)建多邊形物體形狀。傳統(tǒng)的建模方法，因其建模過(guò)程由手動(dòng)完成，耗時(shí)費(fèi)力、工作量大，而成為瓶頸問(wèn)題之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供的一種利用二維圖像生成三維幾何模型的自動(dòng)建模方法，通過(guò)對(duì)建模對(duì)象進(jìn)行圖像攝取，然后對(duì)所捕獲的圖像進(jìn)行自動(dòng)處理和分析，從中提取出對(duì)象的三維信息及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并以此為根據(jù)構(gòu)造生成對(duì)象的三維幾何模型，整個(gè)建模過(guò)程全自動(dòng)完成，操作簡(jiǎn)便、生產(chǎn)率高而又有一定的精度。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種利用二維圖像生成三維幾何模型的自動(dòng)建模方法，該方法包含以下步驟：

步驟1、確定幾何模型表示方法，采用邊界表示法；

步驟2、獲取圖像；

來(lái)提取待建模對(duì)象的6個(gè)視圖圖像；

步驟3、圖像處理；

對(duì)所捕獲的6幅圖像分別執(zhí)行圖像自動(dòng)處理流程；

步驟4、二維信息抽取；

二維信息抽取是指從圖像中抽取出對(duì)象的二維特征信息，即二維頂點(diǎn)數(shù)、二維多邊形數(shù)、二維頂點(diǎn)坐標(biāo)、二維頂點(diǎn)與二維多邊形之間的拓樸關(guān)系；

對(duì)六視圖依次采用“縱向掃描，逆向周游”方法，自動(dòng)獲得對(duì)象的所有二維特征信息，生成6個(gè)坐標(biāo)庫(kù)；

步驟5、三維信息抽取；

對(duì)6個(gè)坐標(biāo)庫(kù)中的二維特征信息，采用“二次匹配”方法，自動(dòng)獲取對(duì)象的所有三維特征信息；

三維特征信息包括：三維頂點(diǎn)數(shù)、三維多邊形數(shù)、三維頂點(diǎn)坐標(biāo)、三維頂點(diǎn)與三維多邊形之間的拓?fù)潢P(guān)系；

步驟6、根據(jù)對(duì)象的全部三維特征信息，按文件結(jié)構(gòu)，生成并保存對(duì)象的三維幾何模型。

所述的步驟3包含以下步驟：

步驟3.1、邊緣檢測(cè)；

步驟3.2、邊緣跟蹤；

步驟3.3、自動(dòng)閾值提取及二值化；

步驟3.4、閉運(yùn)算；

步驟3.5、細(xì)化；

步驟3.6、邊緣連接；

步驟3.7、清除“毛刺”。

所述的步驟4包含以下步驟：

縱向掃描：沿“視圖”圖像的下邊界，以一定的間隔垂直向上掃描，每條掃描線從圖像的下邊界開始，到上邊界為止；

逆向周游：在“縱向掃描”過(guò)程中，如遇到邊緣曲線，則沿邊緣曲線按“先右轉(zhuǎn)，以后一直左轉(zhuǎn)”的原則，進(jìn)行逆時(shí)針?lè)较蛑苡危澳嫦蛑苡巍苯Y(jié)束后，繼續(xù)從周游的起點(diǎn)處向上“縱向掃描”；

二維信息獲取：“逆向周游”過(guò)程中，以“后向量相對(duì)前向量發(fā)生左轉(zhuǎn)向”為判據(jù)，獲取二維頂點(diǎn)信息，成功“逆向周游一周”，則可檢出二維多邊形及其與二維頂點(diǎn)間的拓?fù)潢P(guān)系。

所述的步驟5包含以下步驟：

二次匹配：在三維信息抽取過(guò)程中，要進(jìn)行兩次特征匹配操作，一次特征匹配利用坐標(biāo)庫(kù)中的二維頂點(diǎn)坐標(biāo)匹配生成三維頂點(diǎn)，二次匹配利用三維頂點(diǎn)坐標(biāo)和坐標(biāo)庫(kù)中的二維多邊形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息匹配生成三維多邊形；

三維信息獲取：對(duì)二維多邊形的每一頂點(diǎn)，先進(jìn)行“坐標(biāo)考察”獲得候選頂點(diǎn)，再進(jìn)行“就近匹配”從中判取與該二維頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的三維頂點(diǎn)，三維多邊形中頂點(diǎn)的連接次序與二維多邊形中的次序一致，于是得到三維多邊形與其頂點(diǎn)間的拓?fù)潢P(guān)系。

本發(fā)明提供了一種利用二維圖像生成三維幾何模型的自動(dòng)建模方法。該建模方法對(duì)有限的目標(biāo)圖像進(jìn)行圖像處理和信息抽取，自動(dòng)生成對(duì)象的三維幾何模型，其優(yōu)點(diǎn)在于：整個(gè)建模過(guò)程全自動(dòng)化完成，無(wú)需人為干預(yù)，操作簡(jiǎn)便、生產(chǎn)效率較高而又有一定的精度。該建模方法具有高效低耗和全自動(dòng)化的特點(diǎn)，有較大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的流程圖；

圖2是三維幾何模型的邊界表示法的示意圖；

圖3是對(duì)象幾何模型的數(shù)據(jù)文件結(jié)構(gòu)圖；

圖4是攝像機(jī)的布置方案示意圖。

具體實(shí)施方式

以下根據(jù)圖1～圖4，具體說(shuō)明本發(fā)明的較佳實(shí)施例。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種利用二維圖像生成三維幾何模型的自動(dòng)建模方法，包含以下步驟：

步驟1、確定幾何模型表示方法；