[發明專利]一種不依賴于機械擺放的三維重建加速方法、系統及設備

在審

• 申請號: 202110368059.6
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN112927340A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 劉希龍;秦文翔;顧慶毅;陳夢娟
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所;中科視捷（南京）科技有限公司
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00;G06T7/80;G06F16/245
• 代理公司: 北京市恒有知識產權代理事務所(普通合伙) 11576
• 代理人: 郭文浩;尹文會

本發明屬于三維重建領域，具體涉及了一種不依賴于機械擺放的三維重建加速方法、系統及設備，所述方法包括：獲取相機任意角度拍攝的被測物體表面的投影圖案；確定所述投影圖案中每個像素點對應的物點分別在相機圖像坐標系中的第一坐標數據和投影儀圖像坐標系中的第二坐標數據；根據第二坐標數據、位姿矩陣參數和預設記錄表單參數計算每個像素點對應的物點在相機坐標系中的深度值；根據所述深度值、第一坐標數據計算得到每個像素點對應的物點在相機坐標系中的三維坐標數據，稱作空間點坐標數據；利用各個空間點坐標數據形成的三維點云數據進行三維重建。本發明在實現加速三維重建的過程中保證了重建精度。

技術領域

本發明屬于三維重建技術領域，具體涉及了一種基于不依賴于機械擺放的三維重建加速的方法、系統及設備。

背景技術

三維重建技術是計算機視覺技術的重要分支之一，是計算機視覺和工業測量領域相結合的一個熱門研究領域，在生產生活中得到了越來越廣泛的應用。三維重建技術主要分為被動式視覺和主動式視覺兩類。被動式視覺系統利用視覺傳感器，被動的感應目標物體表面反射的環境光成像，該方法適用于光照充足的場景；主動式視覺系統帶有可控制的主動光源，主動向目標物體表面投射已知編碼的光信號，并由視覺傳感器感應光信號成像。

目前，結構光技術是實現物體表面三維重建最可靠而有效的技術。結構光技術是主動式三維重建技術的一種，該技術通過投影儀將結構光編碼圖案投射到被測目標物體表面，再通過相機捕獲結構光圖像，通過對結構光圖像進行解碼處理，再基于三角測量原理計算得到物體表面的三維點云數據，實現三維重建。

三維點云數據是由物體表面的空間點坐標等數據組成的，結構光三維重建原理主要是求解物體表面的空間點坐標。在投影儀和相機的機械擺放位置存在夾角時，空間坐標點求解公式是一個含有三個變量的函數，三個變量分別為相機坐標系中像素的行坐標、列坐標和投影儀坐標系中像素的行坐標或列坐標中的任意一個，空間點坐標由三個變量來唯一確定。并且三個變量均為相機、投影儀分辨率范圍內的整數，因此可以預先計算出三個變量的每個值分別對應的空間點坐標，并生成記錄表單，后續只需要根據記錄表單來查找對應空間點坐標即可，避免了計算，加速了三維重建。但是由于三個變量的記錄表單，需要占用巨大的磁盤和內存空間，一般設備無法承受。

因此，現有技術中通過將相機與投影儀的機械位置對齊的方式，使兩者各維方向對齊來將三個變量的求解公式降解為兩個變量的求解公式，使記錄表單被壓縮幾百倍后在本地存儲。

但是這種方式雖然加速了三維重建，卻必須依賴于投影儀和相機的機械擺放位置，由于受到機械加工精度的制約，機械加工的誤差會導致擺放誤差，進而影響三維重建的精度。

發明內容

為了解決現有技術中的上述問題，即在加速三維重建的同時不依賴于機械擺放，保證三維重建精度的問題，本發明提供了一種不依賴于機械擺放的三維重建加速方法。

本發明的第一方面提出了一種不依賴于機械擺放的三維重建加速方法，所述方法包括：

獲取相機任意角度拍攝的被測物體表面的投影圖案；

確定所述投影圖案中每個像素點對應的物點分別在在相機圖像坐標系中的第一坐標數據和投影儀圖像坐標系中的第二坐標數據；其中，所述第一坐標數據為物點在相機歸一化成像平面上對應的像點的坐標數據；所述第二坐標數據為物點在投影儀歸一化成像平面上對應的像點的坐標數據；

根據第二坐標數據、位姿矩陣參數和預設記錄表單參數計算每個像素點對應的物點在相機坐標系中的深度值；其中，所述預設記錄表單參數為第一坐標數據對應的方向向量在投影儀坐標系中的向量數據；

根據所述深度值、第一坐標數據計算得到每個像素點對應的物點在相機坐標系中的三維坐標數據，稱作空間點坐標數據；

利用各個空間點坐標數據形成的三維點云數據進行三維重建。

可選地，第一坐標數據的確定步驟包括：