[發明專利]一種基于特殊復合平面鏡虛像成像的三維重建裝置和方法

有效

• 申請號: 202110407950.6
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113223135B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 王嘉輝;楊上玄;郭祥;勞子健;蔡志崗;江灝;張佰君
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G06T15/04
• 分類號: G06T15/04;G06T15/00;G06T7/80
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本發明提供一種基于特殊復合平面鏡虛像成像的三維重建裝置和方法，裝置包括相機設備和標定?成像聯合器件，其中：所述相機設備獲取視場深度圖；所述標定?成像聯合器件其表面設置有鍍銀的鏡面區域、漫反射區域和定位標識圖像，所述鏡面區域與漫反射區域位于同一平面上；所述相機設備通過標定?成像聯合器件的反射，獲取不在所述相機設備視場范圍內的目標物的深度圖。方法包括點云重建，鏡面區域框定，鏡面點云分離，平面擬合以及鏡面對稱。相比于光路幾何解算，本方法無需得知相機設備，鏡面，目標物之間的相對位置關系，也不要額外的標準尺寸參考物，可實現快速動態得到非直接視場的目標在相機坐標系中的空間位置，從而得到方位和距離等信息。

技術領域

本發明涉及三維重建領域，更具體地，涉及一種基于特殊復合平面鏡虛像成像的三維重建裝置和方法。

背景技術

三維重建技術應用范圍廣泛，包含文物研究，機器視覺等多個方面，目前主流的兩種重建設備及方法，一是主動式重建，利用深度相機，基于ToF(時間飛行測量)原理，直接返回視場內物體距離信息，采集多個方向上的深度圖片利用算法完成完整的三維重建；二是被動式重建，基于普通的相機，根據對目標的視差，基于三角關系重建點，至少得到兩個不同位姿上的目標圖片后，根據圖像幾何特征和灰度特征匹配后計算得到深度，重建空間位姿關系并解算世界坐標系位置。但以上解決方案會受限于采集設備或者是算法的固有問題，基于重建非直接視場中清晰目標虛像的真實相機空間坐標系位置，在狹小和復雜環境下，無論是基于RGBD深度相機或者是二維雙目重建以及sfm+mvs，都無法通過目標虛像直接重建出目標真實空間坐標系位置。

因此，當受限于客觀條件，只能通過目標物虛像得到目標在空間坐標系中的真實位置和表面信息時，可利用光的反射定律，根據已知的反射平面鏡的平面表達式，將目標物虛像所形成的三維表面點云鏡像翻轉，從而得到虛像的目標物真實的空間位置和表面信息。但這方法受限于幾個因素：1)鏡面厚度使得鏡面空間位置信息確認有誤差，2)鏡面的平面表達式難以求得，基于固定光路設計會受限于光路移動帶來誤差和重新測量，基于視差和物體邊緣匹配受限于物體的表面和形態。

公開日為2020年12月08日，公開號為CN112053432A的中國專利公開了一種基于結構光與偏振的雙目視覺三維重建方法。具體技術方案為：采用投影儀將計算機生成的正弦條紋圖像投影到被測物體上；左相機和右相機采集被測物體表面被高度所調制的正弦條紋圖像，并發送至計算機；所述計算機將含有高度調制信息的正弦條紋圖像進行數據處理，通過質量圖導向先求解相位值，再根據所述投影儀、左右相機和被測物體之間的幾何關系求出被測物體表面的初步點云坐標，并基于偏振的方法計算高反光區域點云坐標；最后將初步點云坐標和高反光區域點云坐標進行配準后得到的完整點云來重建被測物體的三維模型。該專利于在非直接視場存在目標的場景下，在無法得到準確方位，距離信息的情況下，無法快速進行三維重建。

發明內容

本發明的首要目的是提供一種基于特殊復合平面鏡虛像成像的三維重建裝置，在非直接視場存在目標的場景下確定其三維空間位置和表面形態。

本發明的進一步目的是提供一種基于特殊復合平面鏡虛像成像的三維重建方法。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：

一種基于特殊復合平面鏡虛像成像的三維重建裝置，包括相機設備和標定-成像聯合器件，其中：

所述相機設備獲取視場深度圖；

所述標定-成像聯合器件其表面設置有鍍銀的鏡面區域、漫反射區域和定位標識圖像，所述鏡面區域與漫反射區域位于同一平面上；

所述相機設備通過標定-成像聯合器件的反射，獲取不在所述相機設備視場范圍內的目標物的深度圖。

優選地，所述相機設備為拍攝多視角二維圖片的硬件設備或深度相機系統。

優選地，所述標定-成像聯合器件的漫反射區域上設置有高紋理密度圖樣。