[發明專利]一種基于雙重校準的全自動快速室內場景三維重建裝置

有效

• 申請號: 201710402050.6
• 申請日: 2017-06-01
• 公開（公告）號: CN108986204B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 姜宇;蘇鈺;金晶;沈毅;李文強;蘇榮軍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T19/20
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 鄧宇

1.一種基于雙重校準的全自動快速室內場景三維重建裝置，其特征在于它包括如下步驟：

步驟一：裝置設計；

步驟二：機體鏡頭粗校準；

步驟2.1按照機位編號保存對應深度、彩色數據，調節調整臺手動旋鈕對機體偏航角進行調節，獲取數據D和ΔD；

步驟2.2獲取世界坐標系原點，以D組數據拍攝機位正八邊形中心為重建中心調整D和ΔD的深度數據對應關系：

步驟2.3對所需變量進行初始化，包括旋轉變換R和平移變換T，最小化均方誤差e(X，Y)，最小化均方誤差變化量Δe(X，Y)；

步驟三：校準誤差判斷；

步驟四：機體鏡頭精校準；

步驟五：室內場景重建。

2.根據權利要求1所述的一種基于雙重校準的全自動快速室內場景三維重建裝置，其特征在于所述的步驟一為：

步驟1.1裝置分為采集模塊和顯示模塊，采集模塊由機體、調整臺、升降桿和底座四部分組成，顯示模塊具體包括數據接收模塊、數據后處理模塊、數據顯示模塊；

步驟1.2采集端機體外觀為一正八面體，通過升降桿與底座固定，其中正八面體機體的每個垂直面上嵌入一個結構光深度攝像機和一個同分辨率彩色攝像機，同時八邊形機體內部還綁定有采集端信息處理器，用來記錄初始標定的結果，并依照標定結果整合八臺深度相機以及紋理照相機的數據流；

步驟1.3調整臺內部一個步進電機與滾珠螺桿配合對高度進行自動精準調節，設定三個自動擋位對視場進行縱向擴展；

步驟1.4顯示模塊將采集裝置數據保存至本地并進行處理，支持帶有界面交互的彩色場景模型顯示，同時開放原始數據查看導出。

3.根據權利要求1所述的一種基于雙重校準的全自動快速室內場景三維重建裝置，其特征在于所述的步驟三為：

步驟3.1對D和ΔD兩組數據運算順序進行調整，以D組數據1機位校準為例，首輪循環先對D組1與ΔD組1+進行運算，二輪配準中應用D組1與ΔD組8+進行運算，以此類推；

步驟3.2確定配準順序后對每對數據計算最小化均方誤差e(X，Y)和誤差變化量Δe(X，Y)：

步驟3.3通過Δe(X，Y)指標判斷迭代是否收斂，對沒有達到全局收斂要求的數據需要進行新的粗校準，在初步轉換陣A的基礎上追加隨機擾動(Δφ，Δθ，Δψ，Δx，Δy，Δz)：

重新迭代，直到出現全局最優。

4.根據權利要求1所述的一種基于雙重校準的全自動快速室內場景三維重建裝置，其特征在于所述的步驟四為：

步驟4.1結合深度攝像機視場與拍攝點交角信息對深度、紋理信息進行交疊部分剪裁和關鍵點提取，裁剪后數據提取關鍵點，減少特征數據量：

通過奇異值U和V代替數據總體Data；

步驟4.2對數據關鍵點進行特征描述，將有用信息集合存儲在向量{fi}里，確定特征描述子{fi}尺度、位置：

w_i＝w₀×δ^-ih_i＝h₀×δ^-tσ_i＝σ_i-1×δ

其中G為高斯核，用于構造DOG尺度空間D(x)并對特征描述子進行精確定位，為了在差分圖片的基礎上抽取穩定關鍵點，應去除對比度低的點，先對D(x)進行泰勒展開：

一階導數用梯度T(D)，二階導數用Hessian矩陣H(D)，計算DOG的局部曲率：

步驟4.3確定特征描述子{fi}方向，特征描述子方向由點L(x，y)的梯度確定：

梯度的幅值：

梯度的方向：

步驟4.4對兩幀數據進行對應關系估計；根據兩幀特征描述子{fi}和XYZ的相似度初步找出對應，剔除錯誤估計，通過最小化均方誤差判斷相鄰兩幀的校準狀況，計算校準是否達到期望閾值a。