[發(fā)明專利]一種基于變焦立體視覺的三維全景圖像生成方法

有效

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• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN107833181B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高宏偉;劉玉影;于洋;姜月秋
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽理工大學(xué)
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40;G06T7/33;G06T7/55;G06T7/80;G06T17/00
• 代理公司: 沈陽利泰專利商標代理有限公司 21209
• 代理人: 吳維敬

一種基于變焦立體視覺的三維全景圖像生成方法，該方法可以利用拍攝的不同焦距下的二維圖像，進行準確的圖像處理和分析，通過算法計算出圖像的三維點云數(shù)據(jù)，通過對點云數(shù)據(jù)的精簡、配準以及拼接最終生成三維全景圖像。本發(fā)明的系統(tǒng)組成有硬件和軟件兩個部分，其中的硬件包括單目變焦圖像的采集裝置、存儲裝置、處理器。軟件部分包括圖像處理程序匹配程序和拼接程序。本發(fā)明的實現(xiàn)方法有相機標定，灰度化、圖像增強、圖像的特征提取、稠密匹配、三維點云計算、三維單目視覺的點云拼接方法達到圖像的三維重建。打破了傳統(tǒng)的相機拍攝角度不能滿足需求的方式，全方位表現(xiàn)出目標物體的基本構(gòu)造。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于單目立體視覺系統(tǒng)，更具體地，涉及一種基于變焦立體視覺的三維全景圖像生成方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，人們可以通過視覺、嗅覺、聽覺等不同方式獲取信息。在人類的感知中圖像具有很重要的地位，通過圖像可以獲取豐富的信息量。隨著人們對視覺信息量的不斷追求，全景圖像的應(yīng)用研究在人工智能和機器視覺領(lǐng)域得到了高度重視。全景圖像在虛擬現(xiàn)實、地理場景重建、航空航天、醫(yī)學(xué)等方面廣泛應(yīng)用。在百度地圖可以觀察街道全景，嫦娥三號月球探測器使用全景相機采集探測器周邊全景，對人體器官部位合成大視角全景圖便于醫(yī)生觀察、診斷等。全景圖像可以分為二維和三維兩種形式，其生成方法主要有兩種：一、利用專業(yè)的全景相機直接獲得全景圖像。二、使用單雙目相機拍攝二維圖像，經(jīng)過相關(guān)圖像處理技術(shù)拼接生成全景圖。由于全景相機價格昂貴，不易普及，所以設(shè)計一種新型的全景圖像生成系統(tǒng)具有較大的實用價值。

國內(nèi)也有一部分人針對此問題進行了研究并取得了一定的成果，目前基于點云拼接技術(shù)生成全景圖像主要基于激光掃描設(shè)備以及雙目平臺獲取的點云數(shù)據(jù)再進行拼接處理。基于激光設(shè)備直接獲取點云數(shù)據(jù)能夠獲取大量點云數(shù)據(jù)較準確的保留了圖像的特征，但是此設(shè)備容易受外界環(huán)境的因素的影響。相對于基于雙目平臺進行三維重建獲取點云數(shù)據(jù)而言，基于單目變焦平臺僅需一臺視覺傳感器，該方法的結(jié)構(gòu)簡單、相機標定也簡單，同時還避免了立體視覺中的視場小，立體匹配困難的不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的提出了一種基于變焦立體視覺的三維全景圖像生成方法，本發(fā)明的另一個目的是一種基于變焦立體視覺的三維全景圖像生成方法使用的系統(tǒng)。該方法可以對在不同角度下采集的變焦二維圖像進行準確的處理與分析，并復(fù)現(xiàn)實際空間中目標物體的三維特征，最后根據(jù)三維點云拼接技術(shù)生成三維全景圖像。

采用的技術(shù)方案是：

一種基于變焦立體視覺的三維全景圖像生成方法使用的系統(tǒng)，包括單目變焦圖像的采集裝置，上位機和控制器。

單目變焦圖像的采集裝置和上位機之間通過控制器連接。

上位機為pc機。

單目變焦圖像的采集裝置，用來在遠景處在不同焦距下，以及不同角度對目標物體進行采集圖像。

存儲裝置，是用來存儲單目變焦圖像的采集裝置采集的圖像，還用來存儲圖像處理程序的處理結(jié)果，以及生成的三維全景圖像等。

處理器，用來對從存儲裝置中讀取的圖像文件進行處理，實現(xiàn)相關(guān)程序的運行以及傳遞數(shù)據(jù)。

單目變焦圖像的采集裝置為工業(yè)CCD單目變焦相機。

本系統(tǒng)可以采用一臺工業(yè)CCD單目變焦相機和pc機配合使用。處理器為電腦的cpu，控制器為圖像采集卡，存儲裝置包括工業(yè)CCD單目變焦相機的存儲卡、pc機硬盤和pc機內(nèi)存等。

一種基于變焦立體視覺的三維全景圖像生成方法的軟件部分包括圖像處理程序、匹配程序和三維點云拼接程序。

圖像處理程序是用來對從存儲裝置中讀取的圖像進行處理，相機標定、稀疏匹配和誤匹配去除的。

匹配程序是用來對兩個圖像進行稠密匹配，進行三維點云計算，得到三維點云。