[實用新型]基于線結構光和圖像信息的真實尺度三維重建系統

有效

• 申請號: 201721883810.1
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN207637202U
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 宋宗璽;李寶鵬;雷浩;孫忠涵;淡麗軍;王峰濤;高偉;樊學武
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T7/73
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 陳廣民

本實用新型屬于光電檢測技術領域，具體涉及一種基于線結構光和圖像信息的真實尺度三維重建系統。該系統包括線結構光發生器和單目相機；所述線結構光發生器用于發出多條線結構光，多條線結構光在待測物體表面生成具有至少兩個光線交點的交線圖；所述單目相機用于采集待測物體的多視角圖像。本實用新型利用線結構光與圖像信息的結合獲得待測物體的真實尺度三維重建模型，克服了基于圖像信息的多視角三維重建缺少尺度信息的難題，同時也避免了IMU、POS和GPS等昂貴設備的使用，實現了低成本、高精度的真實尺度三維重建。

技術領域

本實用新型屬于光電檢測技術領域，具體涉及一種基于線結構光和圖像信息的真實尺度三維重建系統。

背景技術

多視圖三維重建方法中的關鍵技術主要包括相機參數的恢復和多視圖立體匹配。相機參數恢復也稱為運動恢復結構，一般用于大規模的稀疏三維點云重構及相機位姿的估計。由于圖像的獲取過程涉及了光照、表面反射特性、三維場景幾何形狀特征，通過多視圖立體匹配進行三維重建的本質，即在多幅視圖上基于光照一致性約束的優化問題。基于單目多視角圖像的三維重建方法，由于僅知道相機的內部參數，故得到的重建結果是一種度量重建。度量重建是一種在重建的模型中能保持直線夾角、線段長度比例關系的方法，但無法獲得目標真實尺寸。換言之，所獲得的目標模型與真實目標僅相差一個未知的尺度。

為了獲得尺度信息，國內外主要采用IMU、POS和GPS系統等輔助得到真實的三維重建結果，高精度的IMU系統價格高昂，普通的IMU、POS、GPS 系統精度均較差，上述方法對于城市級別的大場景三維重建可以選用，但是對于小物體的三維重建則引入的誤差過大；以GPS為例，精度為米級，遠遠不能滿足高精確的真實尺度的三維重建需求。

實用新型內容

本實用新型目的是提供一種基于線結構光和圖像信息的真實尺度三維重建系統，解決了現有的三維重建方法成本高、精度差的技術問題。

本實用新型的技術解決方案是：一種基于線結構光和圖像信息的真實尺度三維重建系統，其特殊之處在于：包括線結構光發生器和單目相機；所述線結構光發生器用于發出多條線結構光，多條線結構光在待測物體表面生成具有至少兩個光線交點的交線圖；所述單目相機用于采集待測物體的多視角圖像。

進一步地，上述線結構光發生器包括多個發生單元，所述發生單元包括激光器和柱面棱鏡，所述激光器發出的激光光束斜入射柱面棱鏡后發散生成線結構光。

進一步地，上述線結構光發生器中發生單元的數量為四個，其中兩個發生單元產生豎直光平面，另外兩個發生單元產生水平光平面；兩個豎直光平面與兩個水平光平面共同在待測物體表面生成“井”字型交線圖。

本實用新型還提供一種基于線結構光和圖像信息的真實尺度三維重建方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

1)搭建由線結構光發生器和單目相機構成的三維重建系統；

2)線結構光發生器發出多條線結構光，多條線結構光在待測物體表面生成交線圖，所述交線圖中具有至少兩個光線交點；

3)標定線結構光發生器與單目相機之間的距離和角度信息；

4)控制三維重建系統與待測物體之間產生相對運動，使單目相機拍攝得到待測物體在不同方位和角度的圖像；

5)基于步驟4)拍攝的多視角圖像求解得到歸一化三維重建模型；

6)識別交線圖中的光線信息，根據步驟3)標定的線結構光發生器與單目相機之間的關系解算得到交線圖中多個光線交點的三維坐標M；

7)進行目標匹配，根據投影關系，計算確定光線交點在圖像上的像素位置以及所述像素位置在歸一化三維重建模型上的對應點坐標M′；

8)根據步驟6)和步驟7)中獲得的兩組坐標的對應關系得到尺度系數；