[發(fā)明專利]一種基于雙重校準(zhǔn)的全自動(dòng)快速室內(nèi)場景三維重建裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710402050.6
• 申請(qǐng)日: 2017-06-01
• 公開（公告）號(hào): CN108986204B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜宇;蘇鈺;金晶;沈毅;李文強(qiáng);蘇榮軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T17/00
• 分類號(hào): G06T17/00;G06T19/20
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 鄧宇

一種基于雙重校準(zhǔn)的全自動(dòng)快速室內(nèi)場景三維重建裝置，它涉及裝置設(shè)計(jì)、位置粗校準(zhǔn)、基于奇異值的關(guān)鍵點(diǎn)提取、局部收斂抑制、特征描述子的提取與匹配等方法。本裝置為一鍵式重建，它解決了傳統(tǒng)室內(nèi)三維重建操作復(fù)雜的問題，是一款全自動(dòng)，環(huán)境適應(yīng)度高的重建裝置。同時(shí)通過離散的數(shù)據(jù)進(jìn)行場景重建，大大的減少了重建數(shù)據(jù)量，提高了系統(tǒng)的快速性。本裝置的實(shí)現(xiàn)步驟為：一、裝置設(shè)計(jì)；二、機(jī)體鏡頭粗校準(zhǔn)；三、校準(zhǔn)誤差判斷；四、機(jī)體鏡頭精校準(zhǔn)；五、室內(nèi)場景重建。本發(fā)明對(duì)裝置進(jìn)行鏡頭校準(zhǔn)，通過步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，將獲得的24幀數(shù)據(jù)根據(jù)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)融合，可快速的在顯示端看到重建結(jié)果，適用于室內(nèi)場景的自動(dòng)化快速重建。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于逆向工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于雙重校準(zhǔn)的全自動(dòng)快速室內(nèi)場景三維重建裝置的設(shè)計(jì)與校正。

背景技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和計(jì)算機(jī)視覺的迅速發(fā)展，三維重建技術(shù)的應(yīng)用也進(jìn)一步擴(kuò)大。從最初的軍用裝備建模到現(xiàn)在的商用室內(nèi)裝潢建模，三維重建替代了二維圖紙，可以更加準(zhǔn)確、全面、便捷的對(duì)場景和物體進(jìn)行數(shù)字化存儲(chǔ)。在市場需求的推動(dòng)下各式各樣的重建裝置與系統(tǒng)也層出不窮。在室內(nèi)三維重建方面，有基于圖像的三維視覺重建系統(tǒng)如單目、雙目，也有基于激光雷達(dá)通過3D深度信息配合SLAM實(shí)現(xiàn)的三維視覺重建系統(tǒng)。

目前的室內(nèi)三維重建系統(tǒng)雖然根據(jù)傳感器不同，使用不同的三維重構(gòu)算法，但是采集方式多半是單點(diǎn)旋轉(zhuǎn)多角度式采集，再對(duì)得到的離散數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理，如matterport公司的Pro 3D Camera等，其受限于固定的單幀視場，這種采集方式需要采集人員自行規(guī)劃采集路徑，自動(dòng)化程度低且對(duì)采集人員的專業(yè)要求很高，場景的重建效果很大程度上取決于采集人員的經(jīng)驗(yàn)，且采集占用場景時(shí)間長，這一點(diǎn)加強(qiáng)了光線變化甚至場景變化對(duì)重建結(jié)果的影響，在室內(nèi)三維重構(gòu)的大范圍普及上不具有優(yōu)勢(shì)。

本發(fā)明，一種基于雙重校準(zhǔn)的全自動(dòng)快速室內(nèi)場景三維重建裝置，是一種全自動(dòng)化、小數(shù)據(jù)量的快速室內(nèi)全彩三維重建裝置。利用環(huán)形排布的八組配套的深度傳感器和相機(jī)結(jié)合步進(jìn)電機(jī)獲取三個(gè)高度360°范圍內(nèi)的空間深度數(shù)據(jù)和場景紋理，具有簡便、快捷、使用門檻低、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于降低傳統(tǒng)室內(nèi)三維重建的復(fù)雜度，并提升室內(nèi)重建的快速性。提供一種全自動(dòng)快速的室內(nèi)三維重建裝置，通過雙重校準(zhǔn)的環(huán)形視場代替固定單幀視場，從而達(dá)到一次性采集水平視角360°的目的，同時(shí)本裝置自帶三個(gè)可調(diào)高度，通過自動(dòng)調(diào)節(jié)高度擴(kuò)大場景的采集范圍。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：設(shè)計(jì)一種八面體的采集裝置并對(duì)八組鏡頭進(jìn)行雙重校準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)視場融合得到環(huán)形視場三維數(shù)據(jù)，再通過步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)高度擴(kuò)大場景采集范圍，將全24幀數(shù)據(jù)融合的結(jié)果經(jīng)wifi傳入顯示設(shè)備，實(shí)現(xiàn)全空間重建。

本裝置實(shí)現(xiàn)主要分為幾個(gè)步驟，具體步驟包括：

步驟一：裝置設(shè)計(jì)。

裝置分為采集模塊和顯示模塊。采集模塊由機(jī)體、調(diào)整臺(tái)、升降桿和底座四部分組成。

采集端機(jī)體外觀為一正八面體（如圖1），通過升降桿與底座固定。其中正八面體機(jī)體的每個(gè)垂直面上嵌入一個(gè)結(jié)構(gòu)光深度攝像機(jī)和一個(gè)同分辨率彩色攝像機(jī)。為保證深度相機(jī)與彩色相機(jī)的充分利用，本裝置選擇視場相同的兩種相機(jī)。同時(shí)正八面體采集裝置上的深度相機(jī)水平掃射角應(yīng)大于45°，以保證環(huán)形視場的連貫性。選擇分辨率640×480，幀率30fps的深度/彩色相機(jī)，同時(shí)深度相機(jī)水平掃射角70°，垂直掃射角60°，檢測范圍0.5-4.5m。同時(shí)八邊形機(jī)體內(nèi)部還綁定有采集端信息處理器，用來記錄初始標(biāo)定的結(jié)果，并依照標(biāo)定結(jié)果整合八臺(tái)深度相機(jī)以及紋理照相機(jī)的數(shù)據(jù)流。將信息以全場景點(diǎn)云、合成紋理、紋理匹配文件三種形式經(jīng)由無線網(wǎng)絡(luò)傳遞給顯示裝置接收端。

調(diào)整臺(tái)內(nèi)部一個(gè)步進(jìn)電機(jī)與滾珠螺桿配合對(duì)高度進(jìn)行自動(dòng)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，設(shè)定三個(gè)自動(dòng)擋位對(duì)視場進(jìn)行縱向擴(kuò)展。同時(shí)調(diào)整臺(tái)還保留有手動(dòng)旋鈕，用作機(jī)體旋轉(zhuǎn)（偏航方向），可在校準(zhǔn)鏡頭時(shí)使用。