[發明專利]一種基于雙目立體視覺的三維重建方法

在審

• 申請號: 202110462726.7
• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113192179A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 魏東;張淼;佟經漢
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T7/80;G06T5/00
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍

本發明涉及三維重建領域、計算機視覺領域，具體涉及一種基于雙目立體視覺的三維重建方法。首先將待重建目標物體的三維信息從整個場景中摳取出，降低了重建的工作量，提高效率；然后將提取的三維信息中包含的噪聲點剔除，不影響后續重建質量；并將三維信息中的邊界特征點提取出，保留后續重建曲面模型的特征；最后將剔除噪點和邊界點剩余的三維信息點進行精簡，提高重建效率。

技術領域

本發明涉及三維重建領域、計算機視覺領域，具體涉及一種基于雙目立體視覺的三維重建方法。

背景技術

三維重建是指利用計算機或機器等獲取三維世界的三維信息的過程。目前，在三維重建技術的研究領域中，主要的三維重建建模方法包括以下三種：基于三維軟件的建模、基于傳感設備的建模和基于雙目立體視覺的建模方法。其中，基于三維軟件(如3DMAX等)的建模是指使用一些基本的現有幾何模型，經過一些細節、形態上的修改重建三維世界中物體或相應場景的三維模型。基于傳感設備的建模是指使用激光掃描儀掃描重建物體的表面，直接得到重建物體表面分布均勻的三維點云。而基于雙目立體視覺的建模方法是仿照人眼的雙目感知世界的過程，是使用一組相同規格的相機代替人的兩只眼睛，在一定的位置拍攝同一場景得到略有差異的兩幅圖片，并使用計算機計算兩幅圖片中同名點的視差，進而得到該點在三維世界中的三維信息。基于雙目立體視覺的建模方法成本低、操作簡單、速度快、不受限于建模場景的復雜性，且精度更高。采用基于雙目立體視覺的建模方法進行重建的需求更廣泛，研究其對促進三維重建領域的發展有著十分重要的意義。

三維重建中往往不需要將整個場景進行重建，也即場景中目標物體重建的難點之一在于如何從整個場景中分割出待重建的目標物體，將目標物體分割出。除此之外，對于初始目標物體三維信息也需要處理，也即對初始目標物體信息中包含的噪聲點的濾除和冗余信息的精簡，從而保證后續重建地質量。

發明內容

發明目的

本發明提供了一種基于雙目立體視覺的三維重建方法，其目的在于解決從整個場景中分割出待重建的目標物體這一技術難點，對初始目標物體信息中包含的噪聲點的濾除和冗余信息的精簡，從而保證后續重建的質量。

技術方案

一種基于雙目立體視覺的三維重建方法，其特征在于：具體步驟如下：

步驟一、相機標定：通過數學計算，利用標定板，獲得雙目視覺系統中兩臺相機各自的內參數以及兩臺相機之間的姿態參數；

步驟二、采集圖像對：使用兩臺規格相同的相機模組組合成的雙目立體視覺系統對同一場景進行拍攝，獲得初始的圖像對；

步驟三、圖像校正：兩臺相機成像平面共面，對應點極線水平且共線，針對步驟二中獲得的初始圖像對，使用步驟一中相機標定得到的內參數和姿態參數消除圖像的畸變，獲得待匹配的圖像對；

步驟四、立體匹配：為參考圖像中每個像素點搜索在目標圖像中的同名點，并輸出視差圖；

步驟五、獲取目標物體的三維點云：在參考圖像中使用基于迭代的圖割(GrubCut)算法摳取場景中待重建的目標物體，得到待重建目標物體的掩碼(mask)區域，將步驟四中獲得的視差圖結合此mask區域求得視差圖中待重建目標物體的區域，然后根據視差圖中待重建目標物體區域的視差值并利用步驟一中標定得到的相機參數求得待重建目標物體的包含噪點的初始三維點云；

步驟六、點云去噪：對獲得的初始三維點云使用基于統計濾波去噪算法對其進行去噪，得到更精準的待重建目標物體三維點云；

步驟七、基于特征提取的點云精簡：針對步驟六中去噪后的點云，提取點云的邊界特征點，并對非邊界特征點實現基于柵格的點云精簡；

步驟八、三角剖分：將步驟七中提取的點云邊界特征點結合非邊界特征點精簡后的點做三角剖分，完成待重建目標物體的曲面模型；