[發明專利]一種基于雙層過濾的單目相機序列圖像三維重構方法

在審

• 申請號: 202011263554.2
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112465984A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 楊寧;李東臣;郭雷
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20;G06T5/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種基于雙層過濾的單目相機序列圖像三維重構方法，對傳統的基于序列圖像的三維重構技術在流程上進行改進，加入過濾流程。在初始階段，依然采取傳統方法進行稀疏點云重構與稠密點云重建，在稠密點云重構之后，泊松表面重構之前進行點云過濾，將部分離群點進行濾除，以減少對后續泊松表面重構操作的影響；在泊松表面重構之后，紋理映射之前，進行三角面片過濾，將部分離群點構建而成泊松表面進行濾除，減少對于紋理映射操作的影響。結果表明本發明在序列圖像三維重構結果上優于傳統的序列圖像三維重構算法，有效提升了三維重構結果的質量。本發明具有相當的現實效果與應用意義。

技術領域

本發明屬于立體視覺技術以及計算機視覺技術，涉及一種基于雙層過濾的單目相機序列圖像三維重構方法。

背景技術

基于序列圖像的三維重構技術是立體視覺技術以及計算機視覺技術的重要組成部分，是三維重構的核心技術之一。基于單目相機序列圖像的三維重建是通過一個確定的單目相機，環繞目標拍攝獲得目標的一系列圖像，并將獲得的序列圖像進行處理，獲得目標的三維模型，是三維重構技術的一個重要組成部分。在進行三維重建時，往往會由于圖像原因產生許多干擾，干擾原因包括圖像的噪聲，拍攝環境的光照影響，拍攝目標的表面性質以及圖像中除去目標之外的背景雜物等。其中，影響最大的為除去對象的外點，因此，去除重建場景除對象的外點對序列圖像的三維重構具有十分重要的意義。

如何重構出真實感的三維場景，以滿足人們在數字城市，虛擬現實等領域的應用，已成為計算機視覺等領域熱點關注的問題。三維重建技術大致包括通過激光探測與測量技術進行重建和通過影像進行重建兩種。與前者相比，后者更加經濟和便捷。基于單目相機序列圖像的三維重建技術由于使用方便、成本低廉，比專業的三維掃描儀有更廣泛的使用場景。基于影像的三維建模，就是通過對物體或者場景拍攝的圖像序列來恢復物體的三維模型的過程，從而使得建模過程更加自動化，降低了人工勞動強度，減少了建模成本。利用圖像序列進行場景三維重建時，拍攝的場景通常比較復雜，很少存在所拍攝的圖像只有目標物體的情形。這樣在點云重建時會產生一些除目標物體以外的離群點，因此在點云重建后需要進行點云過濾來去除這些離群點，降低離群點對目標重建的影響，使后續的重建工作更加精確。Poisson重構可以對散亂的點云構建出封閉曲面，生成目標物體的三維網格模型，但是隨之也會產生很多冗余數據，所以如果想提取獨立目標物體的三維模型就要對Poisson重構的冗余數據進行再次過濾，裁剪出目標物體。通過這種方式構建的目標物體三維模型就能脫離周圍環境的影響，能夠應用于更多的場景。關于三維模型的表面紋理處理，在游戲制作領域通常使用3D Studio Max、Autodesk Maya等三維動畫渲染和制作軟件進行人工貼附紋理，這種手工恢復紋理會造成不必要的人力財力消耗。相反，自動紋理映射就大大降低了生產的周期。

利用圖像序列進行場景三維重建時，拍攝的場景通常比較復雜，很少存在所拍攝的圖像只有目標物體的情形。這樣在點云重建時會產生一些除目標物體以外的離群點。這些離群點一般會產生一系列影響，例如在進行匹配時會造成錯誤匹配，在進行紋理及表面重建時會發生貼圖映射錯誤，同時，由于大量離群點的存在，會造成算法速度的嚴重降低。為了較少離群點的影響，一般采取人工消除的方式進行處理，此方法耗時耗力。同時，該操作會受到人工本身的影響，如果人工沒有經驗，或者對模型不了解，往往會發生去除的錯誤，造成正確點背消除而錯誤點依然存在的情況。因此，在點云重建后需要進行點云過濾來去除這些離群點，降低離群點對目標重建的影響，可以使后續的重建工作更加精確，并且采用自動化方法進行處理，盡量排除人工造成的干擾。

本發明涉及一種去除重建場景或對象中的外點進行三維重構的新方法，即基于雙層過濾的單目相機序列圖像三維重構方法。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種基于雙層過濾的單目相機序列圖像三維重構方法

技術方案

一種基于雙層過濾的單目相機序列圖像三維重構方法，其特征在于步驟如下：