[發明專利]一種基于體素的快速三維建模方法及系統

有效

• 申請號: 202110257170.8
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN112991458B
• 公開（公告）日: 2023-02-24
• 發明（設計）人: 肖春霞;周華健;羅飛
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T15/04;G06T17/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 齊晨涵

本發明涉及一種基于體素的快速三維建模方法及系統。通過在置物平臺周圍依次間隔擺放數目大于1的N個RGBD攝像機對目標物體進行拍攝，再通過設置的圖像處理單元、體素裁剪單元、體素融合單元、體素填補單元、網格抽取單元和紋理生成單元。得到目標物體的逼真的三維重建模型。解決了在有限視角下對目標物體進行三維重建時信息不足的問題，同時實現了對目標物體進行快速的三維重建。既快速又準確。

技術領域

本發明屬于三維建模領域，具體涉及一種基于體素的物體快速三維重建方法及系統，僅用有限的RGBD攝像機數據快速重建物體的幾何紋理細節。

背景技術

目前，常用的三維重建方式分為以下幾種：一、利用單臺含深度攝像頭的相機，圍繞指定物體進行緩慢移動與拍攝，如在論文“KinectFusion”中所提出的技術，盡管能夠獲得較好的融合結果，但由于拍攝時手持相機不可避免存在抖動，或手持相機時移動速度變化較快而導致動態模糊，需要多次反復掃描才能獲得較好效果；二、利用多臺含深度攝像頭的相機，分別固定于指定位置處，指定物體位于相機組的中間位置，通過預設的先驗知識構建物體初始模型，再利用相機拍攝圖片對物體模型進行擬合修改，盡管這樣可以避免對設備使用者的過高技術要求，但需要預設的物體初始模型，因此這類方法一般被用于人體的三維重建，人體模型形態統一，且已有許多方法對人體模型進行數學建模，方便結合數學方法進行調整、優化；三、利用多臺相機從不同視角拍攝眾多張指定物體的照片，依據照片之間的特征相似程度構建數學模型，并迭代優化出各個特征所處的三維空間位置，但這類方法一般多用于龐大建筑的三維重建，不僅需要足夠多的清晰、高分辨率照片，同時需要確保照片之間有拍攝到范圍足夠大的相同區域。現有技術中，缺乏一種較快速的基于體素的利用多視角RGBD攝像機的三維重建方法。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種一種基于體素的物體快速三維重建方法及系統，解決現有的建模方法對于輸入數據量不足時無法進行有效的三維重建或數據采集、數據處理操作復雜而難以高效建模的問題。

本發明設計的基于體素的快速三維建模的方法，包括以下步驟：

步驟S1：從各視角采集360度方位覆蓋目標物體的多張圖像，圖像采集使用帶RGB攝像頭與深度攝像頭的攝像機；

步驟S2：獲取拍攝圖像對應視角下的的三維點云和目標物體在該視角下的輪廓圖；

步驟S3：采用一體素裁剪單元從各個視角對預設體素模型進行過濾，剔除冗余體素；

步驟S4：采用一體素融合單元在經步驟S3處理后的體素模型上，將來自各視角的點云在體素層面上進入融合，首先根據所有攝像頭坐標系相對于基礎坐標系的對應位姿變換矩陣，將每個攝像機所采集的點云變換到基礎坐標系中進行體素融合處理，進而獲取目標物體的體素模型；

步驟S5：采用一體素填補單元在經步驟S4處理后的體素模型上，優化各個體素，填補部分存在空洞的區域；

步驟S6：采用一網格抽取單元對經步驟S5處理后的體素模型，利用各個體素中存儲的SDF值進行三角面片的抽取，在進行網格平滑與簡化后，計算點云的法向量，進而生成帶有法向量的三維網格數據；

步驟S7：采用一紋理生成單元對經S6處理后的三維網格進行紋理生成處理，結合點云圖像，生成統一、對齊、逼真的網格紋理，進而獲取完整的帶紋理的目標物體的三維模型。

作為優選，體素裁剪單元與體素融合單元中所依據的位姿變換矩陣通過一相機標定單元獲取，相機標定單元用于與一在置物平臺上放置的黑白棋盤格標定紙進行配合，以獲取每個深度攝像頭坐標系與位于置物平臺中心位置的世界坐標系之間的位姿變換矩陣，進而獲取每個深度攝像頭坐標系與基礎坐標系之間的位姿變換矩陣。