[發(fā)明專利]一種基于機(jī)器視覺的3D打印過程三維重建方法

在審

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• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號(hào): CN112070883A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王成玉
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T17/00
• 分類號(hào): G06T17/00;G06T7/80;B29C64/386;B33Y50/00
• 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: 張宏威

1.一種基于機(jī)器視覺的3D打印過程三維重建方法，所述方法基于一種基于機(jī)器視覺的3D打印過程三維重建系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括圖像獲取模塊、相機(jī)標(biāo)定模塊、特征提取模塊、點(diǎn)云重建模塊和表面重建模塊；所述圖像獲取模塊連接相機(jī)標(biāo)定模塊，所述相機(jī)標(biāo)定模塊連接特征提取模塊，所述特征提取模塊連接點(diǎn)云重建模塊，所述點(diǎn)云重建模塊連接表面重建模塊，其特征是：包括以下步驟：

步驟1：通過圖像獲取模塊獲取三維物體的二維圖像；

步驟2：根據(jù)得到的二維圖像，通過相機(jī)標(biāo)定模塊來建立有效的成像模型，確定攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)，得到空間中的三維點(diǎn)坐標(biāo)；

步驟3：根據(jù)得到的三維點(diǎn)坐標(biāo)，通過特征提取模塊進(jìn)行特征點(diǎn)提取，以特征點(diǎn)為匹配基元；

步驟4：選用運(yùn)動(dòng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)sfm算法提取三維重建中基本的幾何信息，即從二維圖像序列中獲取所見物體的三維位置以及相機(jī)的位姿，并進(jìn)行稠密重建；

步驟5：采用泊松表面重建，將三維稠密點(diǎn)云進(jìn)行表面重建，從而生模型。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器視覺的3D打印過程三維重建方法，其特征是：所述步驟3具體為：

步驟3.1：:尺度空間的創(chuàng)建，采用高斯模糊方法來降低圖像中的噪點(diǎn)，并識(shí)別給定圖像中最鮮明的特征，高斯模糊去除圖像中的噪點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)圖像的重要特征，并根據(jù)不同的尺度系數(shù)創(chuàng)建尺度空間，搜索所有尺度上的圖像位置，通過高斯微分函數(shù)來識(shí)別潛在的對(duì)于尺度和旋轉(zhuǎn)不變的興趣點(diǎn)；

步驟3.2：進(jìn)行關(guān)鍵點(diǎn)定位，使用高斯差異來增強(qiáng)特征，高斯差異是從原始圖像的另一個(gè)模糊版本中減去原始圖像的一個(gè)模糊版本，構(gòu)建高斯差分金字塔，找到極值點(diǎn)，從而增強(qiáng)圖像特征；

步驟3.3：:確定關(guān)鍵點(diǎn)方向，對(duì)特征點(diǎn)領(lǐng)域內(nèi)梯度方向的特征點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從而獲取特征點(diǎn)的方向；

步驟3.4：對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)的特征進(jìn)行描述，經(jīng)過以上步驟3.1-步驟3.3，每一個(gè)點(diǎn)都有了位置尺度方向信息，為每個(gè)點(diǎn)建立描述符，使每個(gè)點(diǎn)具有不變性。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器視覺的3D打印過程三維重建方法，其特征是：所述步驟4具體為：

步驟4.1：進(jìn)行相機(jī)的標(biāo)定，解出內(nèi)參矩陣，提取特征點(diǎn)并對(duì)每2張圖片進(jìn)行特征匹配；

步驟4.2：尋找特征點(diǎn)最多的一組作為起始圖片，根據(jù)對(duì)極幾何求解出本質(zhì)矩陣或基礎(chǔ)矩陣，本質(zhì)矩陣是指不同相機(jī)在相機(jī)坐標(biāo)系下的關(guān)系，而基礎(chǔ)矩陣是指在圖像坐標(biāo)系下的系；

步驟4.3：對(duì)以上2張圖片匹配的特征點(diǎn)進(jìn)行三角化，不斷增加新的圖片，通過新的圖片匹配好的特征點(diǎn)進(jìn)行3D-2D匹配；

步驟4.4：根據(jù)光束平差法，對(duì)所有相機(jī)位姿和空間中物體的三維坐標(biāo)進(jìn)行非線性優(yōu)化，使得求解出的信息誤差最小。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器視覺的3D打印過程三維重建方法，其特征是：所述圖像獲取模塊包括雙目攝像機(jī)、補(bǔ)光燈、支撐柱和旋轉(zhuǎn)電機(jī)，所述雙目攝像機(jī)安裝在支撐柱的上端，雙目攝像機(jī)的雙攝像頭外側(cè)安裝有補(bǔ)光燈，支撐柱的底部與旋轉(zhuǎn)電機(jī)的軸連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器視覺的3D打印過程三維重建方法，其特征是：所述系統(tǒng)還包括加強(qiáng)條，支撐柱的外側(cè)壁上設(shè)置有加強(qiáng)條。