[發明專利]基于雙目單視界的三維重建方法

在審

• 申請號: 201410508074.6
• 申請日: 2014-09-28
• 公開（公告）號: CN104240294A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 徐曉;陳熹;張弜
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

技術領域

本發明涉及一種機器視覺和圖像匹配技術，特別涉及一種基于雙目單視界的三維重建方法。

背景技術

雙目三維重建是機器視覺中的一個非常重要的領域，廣泛應用于機器人、逆向工程、機械制造、醫學整容、考古等領域。雙目三維重建有多種方法，在尋找雙目圖像中的對應點時，最廣泛使用的思路是圖像特征點和特征線提取，而后進行特征匹配。這樣的思路所導致的問題包括：(1)復雜的特征提取算法增加了軟硬件的復雜度和制造開發成本；(2)由特征匹配所或得的結果，使得最后復原的結果圖像缺乏稠密性，即最后所獲得的三維圖像的匹配點在空間不夠稠密和均勻，甚至會導致無法還原所攝物體的立體形貌。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種基于雙目單視界的三維重建方法，該三維重建方法采用模仿人眼的雙目單視面所給出的規律，避開特征提取的步驟，大大簡化了運算的復雜程度，并且能使最后的復原結果稠密。

本發明的目的通過下述技術方案實現：一種基于雙目單視界的三維重建方法，該三維重建方法實現了圖像的匹配過程的運算，并最后重建三維圖像，主要可以包括以下步驟：

步驟A：采用水平放置的左右兩同型號相機，使兩相機視場包含目標物體，并計算基線和相機光軸與基線的夾角；

步驟B:相機標定和圖像預校正：采用棋盤法標定獲得兩臺相機的內外參數，對原始左右圖像進行校正并進行預處理；

步驟C：圖像坐標轉換：將圖像坐標轉換成角度坐標；

步驟D:確定校正后的圖像的基準雙目單視面：通過卷積或相關運算來確定雙目單視面；(以下的雙目單視面用Horopter面表示)；

步驟E：根據步驟D確定的各點的Horopter面的位置及各點的角度坐標，求出各點的空間直角坐標。

步驟F：三維重建：再采用平面插值方法，將各點結果連續化，完成三維重建。

步驟C包括：

步驟C1：依靠相機焦距、圖像預校正后的放大率和像距，推導出每臺相機上的成像像素點所對應的角度坐標的轉換關系；

步驟C2：將兩幅相機所成圖像的每一像素，根據C1的結果轉換成角度坐標。

步驟D包括：

步驟D1：依靠horopter集合的定義，將圖像表達成horopter集合元素對應圖像的疊加；

步驟D2：通過類似相關運算或卷積運算的運算，確定相關或卷積參數為極值的方法獲得基本Horopter面；或者人為指定基本的Horopter面；

步驟D3：以基本指定的Horopter面為基礎，設定Horopter集合的取值范圍。

步驟D4：根據取值范圍，利用滿足取值范圍的左右矯正后圖像內的參數對減，獲得位于Horopter面上的各個參數。

本發明的工作原理：本方法的三維重建基于視差原理，通過兩臺攝像機采集同一物體。在匹配過程中，本發明利用一種特殊的Horopter面，即由類似Veith-Muller圓展成的Horopter面，來計算左右校正后圖像在Horopter面形成的集合上的對應位置，從而恢復出三維圖像。而本法明采用卷積和相關算法來求取基本的Horopter面，并在此基礎上利用簡單的加乘運算，來計算確定圖像上的點與Horopter集合上不同的Horopter面的對應關系，在利用Horopter本身的直角坐標，就可以計算出圖像上每個存在左右圖像的點的空間三維直角坐標，恢復出三維圖像。

本發明相對于現有技術具有如下的優點及效果：

1、采用Horopter面的尋找左右圖像上的對應點，直接避開了常用的雙目視覺中常用的特征識別的方法，使算法的復雜度大大降低。

2、采用卷積運算，直接進行全局的匹配算法，使得算法本身得以簡化；

3、算法主要是加乘運算，大大降低了運算的要求，特別適用于DSP或FPGA進行運算。

4、本發明的三維重建的結果，數據點具有稠密性。

附圖說明