[發明專利]基于智能手機的三維模型掃描重建方法

有效

• 申請號: 201510519827.8
• 申請日: 2015-08-21
• 公開（公告）號: CN105069804B
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 劉燁斌;張洋;戴瓊海
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06T7/50
• 分類號: G06T7/50
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)11201
• 代理人: 張大威

技術領域

本發明涉及計算機視覺及三維重建技術領域，特別涉及一種基于智能手機的三維模型掃描重建方法。

背景技術

當前流行的三維模型的掃描方式通常是采用Kinect，其結果比較準確，但是由于采用結構光進行深度估計，不能用于室外場景的采集。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決上述相關技術中的技術問題之一。

為此，本發明的目的在于提供一種基于智能手機的三維模型掃描重建方法，該方法具有計算復雜度低、算法運行速度快、算法可靠性高及計算結果準確性高的優點。

為了實現上述目的，本發明的實施例提出了一種基于智能手機的三維模型掃描重建方法，包括以下步驟：S1：獲取所述智能手機的姿態數據，并根據所述智能手機的姿態數據以所述智能手機的攝像頭中心作為圓點建立世界坐標系；S2：從通過所述攝像頭拍攝的圖像序列中篩選多個關鍵幀；S3：對所述攝像頭進行追蹤得到所述攝像頭的移動數據和姿態數據；S4：估計所述多個關鍵幀中每一幀的深度信息以及可信度；S5：根據每一幀的深度信息的可信度對所述多個關鍵幀的深度信息進行加權平均以得到最終的深度信息；S6：將所述關鍵幀中每一幀映射到所述世界坐標系中，從而實現所述三維模型的重建。

根據本發明實施例的基于智能手機的三維模型掃描重建方法，由于在智能手機中集成了較多的傳感器，因此，可以利用傳感器的數據對掃描物體的位置和姿態進行估計，從而大大降低了計算的復雜度，同時得到的結果也較為準確。另外，篩選出一些符合要求的關鍵幀，并對這些關鍵幀進行處理，對每一個關鍵幀計算出的深度進行可信度估計，對所有關鍵幀計算出的深度按照可信度進行加權平均，得到最終的深度結果，因此，能夠提高算法運行的速度及可靠性。另外，該方法基于智能手機實現三維重建，因此適用性很強。

另外，根據本發明上述實施例的基于智能手機的三維模型掃描重建方法還可以具有如下附加的技術特征：

在一些示例中，所述步驟S1進一步包括：從所述智能手機的陀螺儀中讀取傳感器平面的法向量與水平地面的夾角θ，設定當θ>0時，表示傳感器背對地面，當θ<0時，表示傳感器正對地面，當θ＝0時，傳感器和地面垂直，當時，傳感器和地面平行；將所述智能手機的攝像頭中心所處的時間空間坐標設為(0,0,0)，以作為所述世界坐標系的原點，將重力的反方向設為z軸方向，即并根據所述θ得到傳感器平面的法向量為從法向量中去除z軸方向得到y軸方向，即最后令為x軸方向。

在一些示例中，所述關鍵幀的判定條件包括：所述智能手機的傳感器中加速度的值a≤a_max，其中，a為傳感器的加速度的值，a_max為傳感器的加速度閾值；計算所述圖像序列中每個圖片的對比度，將所述每個圖片分成大小為5像素*5像素的小塊D，對每一個小塊計算對比度為其中maxD表示D中像素值的最大值，minD表示D中像素值的最小值，并統計對比度符合要求的比例為其中con_min為符合要求的對比度的最小值，size()為滿足要求的數量，如果pcon≤pcon_min，則忽略這些幀；采用二維自相關函數計算匹配度，其中，corr(u，v^.，F_j，F_i)表示第j幀和第i個關鍵幀的自相關函數，該函數的自變量u的范圍是從1到width，v的范圍是從1到height，F_j(x，y)表示第j幀點(x,y)上的像素值，計算corr(u，v^.，F_j，F_i)中的最大值max(corr(u，v^.，F_j，F_i))和平均值avg(corr(u，v^.，F_j，F_i))，如果max(corr(u，v^.，F_j，F_i))≥10avg(corr(u，v^.，F_j，F_i))，則判定存在一個峰值，否則忽略該幀并跳過后面的步驟，并計算取得最大值max(corr(u，v^.，F_j，F_i))的點(maxw,maxh)，則匹配度為若滿足macth∈[0.5,0.8]，則判定匹配度符合要求，否則忽略這一幀。