[發明專利]一種同軸心距等光流折反射相機測距系統的三維重建方法

有效

• 申請號: 201410362762.6
• 申請日: 2014-07-28
• 公開（公告）號: CN104200514B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 項志宇;馬子昂
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 林超

技術領域

本發明涉及一種測距系統的三維重建方法，尤其是涉及一種同軸心距等光流折反射相機測距系統的三維重建方法。

背景技術

目前普遍應用于視頻監控、機器人導航、視頻會議和場景重建中的全向相機大多是由傳統透視相機和反射鏡面組成的相機測距系統，反射鏡面的使用使得全向相機具有大視場成像特性。根據是否滿足單一視點特性，全向相機可以分為單視點折反射相機和非單視點折反射相機。由于在實際應用中透視相機與反射鏡面的安裝會存在一定程度上的失偏，所以在現實中使用的實際上都是非單視點折反射相機。

全向相機的成像特性是由反射鏡面的形狀決定的，典型的反射鏡面包括拋物鏡面、雙曲鏡面、橢圓鏡面以及平面鏡面。在實際應用中為了使全向相機獲得一定的成像特性，從而設計出了具有特殊形狀的反射鏡面。如Chahl的文獻1(Chahl?J?S,Srinivasan?M?V.Reflective?surfaces?for?panoramic?imaging[J].Applied?Optics,1997,36(31):8275-8285.)，設計了一種等角鏡面，該鏡面具有入射光線的角度變化與反射光線的角度變化呈線性關系的特點，這使得入射光線與反射光線之間存在一種簡單的角度映射關系，從而易于分析成像結構。

發明內容

本發明的目的是提出一種同軸心距等光流折反射相機測距系統的三維重建方法，由特殊設計的反射鏡面和透視相機組成的同軸心距等光流折反射相機測距系統實現對實際立體場景的三維重建。在系統速度未知的情況下，僅需知道系統距離地面的垂直高度，再通過使用相機采集圖像和光流計算實現對場景三維重建。

本發明采用的技術方案包括：

該相機測距系統包括同軸相對放置的旋轉體鏡面和透視相機，旋轉體鏡面的中心對稱軸和透視相機的光軸共線，且旋轉體鏡面的頂點與透視相機光心之間的距離固定，被測物體置于旋轉體鏡面的下方，被測物體空間點的入射光線經鏡面反射成像到透視相機的成像平面，旋轉體鏡面具有等光流特性的鏡面輪廓；該三維重建方法包括以下步驟：

1)以透視相機光心為原點建立xyz坐標系，z軸正方向與透視相機光心指向鏡面中心軸的方向相同，x軸方向位于水平面，y軸正方向為豎直向上；

2)根據被測物體空間點A在相機成像平面上的成像A’到相機成像平面中心的距離η和透視相機的鏡頭焦距f得到對應于被測物體空間點A的反射光線與水平面之間的夾角θ；并由反射光線的方向和旋轉體鏡面的鏡面輪廓，根據Snell反射定律得到入射光線與水平面的夾角β以及反射點的位置r₀(x₀,y₀,z₀)，x₀、y₀、z₀分別為入射光線與鏡面輪廓交點的三維坐標；

3)對被測物體的各個空間點進行測距，得到被測物體空間點到相機光軸的軸心距h；

4)將步驟3)中得到的被測物體空間點A到相機光軸的軸心距h代入以下公式計算得到被測物體空間點A的三維坐標信息，實現三維重建：

x_A＝h·sinα

y_A＝h·cosα

zA=cotβ·(h-x02+y02)+z0]]>

其中，x_A、y_A、z_A分別為重建后的被測物體空間點的三維坐標，α為被測物體空間點在相機成像平面的成像和其中心的連線與豎直方向的夾角，β為由被測物體空間點的入射光線與水平面的夾角。

所述的對被測距物體的各個空間點的測距具體采用以下方法：