[發明專利]一種面向三維重建的物體多角度圖像自動采集裝置及系統

有效

• 申請號: 202110481407.0
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113357512B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 孟維亮;余挺;毛瑞琛;徐士彪;張曉鵬
• 申請（專利權）人: 之江實驗室;中國科學院自動化研究所
• 主分類號: F16M11/42
• 分類號: F16M11/42;F16M11/04;F16M11/10;F16M11/18;G06T17/00
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 楊小凡

本發明公開了一種面向三維重建的物體多角度圖像自動采集裝置及系統，裝置包括：俯仰模塊、升降模塊、旋轉模塊、支撐模塊；俯仰模塊包括分別與連桿機構和升降模塊連接的舵機，連桿機構與攝像頭一端活動連接，攝像頭另一端與升降模塊活動連接，圖傳模塊與攝像頭連接；旋轉模塊包括分別與支撐模塊固定連接的內圈臺面、步進電機，小齒輪設置在步進電機上，大齒輪與小齒輪嚙合，外圈臺面與大齒輪固定連接，餐桌軸承分別與外圈臺面、內圈臺面連接，旋轉模塊步進電機驅動器分別與驅動步進電機、旋轉模塊單片機控制板和旋轉模塊電池連接；升降模塊分別與俯仰模塊和外圈臺面連接。系統：包括采集裝置和軟件控制模塊，軟件控制模塊用于控制采集裝置。

技術領域

本發明涉及計算機視覺的圖像采集領域，尤其是涉及一種面向三維重建的物體多角度圖像自動采集裝置及系統。

背景技術

三維重建經過數十年的發展，己經取得巨大的成功。基于視覺的三維重建在計算機領域是一個重要的研究內容，主要通過使用物體的多角度圖像數據信息，基于計算機視覺原理進行分析處理，通過提取特征點進行匹配，實現相機參數的計算，并三維重建出真實環境中物體表面信息。基于視覺的三維重建具有方便、真實性好等優點，能夠廣泛應用于人工智能、機器人、無人駕駛、SLAM、虛擬現實和3D打印等領域，具有重要的研究價值，也是未來發展的重要研究方向。

目前的物體的多角度圖像數據采集主要有兩種方式，一種是使用手持相機拍攝，手持相機拍照具有簡潔、方便的特點，但由于相機自標定技術需要利用場景中的平行或者正交的約束條件，限制了其應用，另外手持方式對物體各個角度的覆蓋可能不完全。鄭亦然、程健的基于多視圖三維重建方法在實驗室系統中的應用研究就利用手持相機拍攝了174張照片，這在實際實驗中既繁瑣又耗時。

另一種方式是使用轉臺方式，目前大多數的轉臺系統都是采用相機固定、物體轉動的模式，這會導致表面輪廓陰影變化，影響后期重建效果；而且這種轉臺往往拍攝維度單一，不方便定量的調整相機高度和俯仰角，也不便于記錄相機的位姿數據。

在機械領域，現有的轉臺系統中，尚未有針對物體三維重建而設計的轉臺系統的報告，現有的轉臺系統大多數只為單一旋轉物體或調整相機角度而設計。現有技術中，雖然也有作了類似的嘗試，但平臺只有一個水平移動模塊和俯仰模塊，而且由于機構設置在臺面上，不利于放置物體。

而在計算機三維重建領域，現有的三維圖像一方面是基于無人機或無人車等進行動態環境場景的多角度圖片采集方式，由于相機位置變化生成的環境圖像，這種方式通常無法針對特定的物體進行嚴格意義的重建。

另一方面，在針對物體進行多角度圖片采集時，現有的針對多角度圖像重建的算法通常采用人工調整相機角度的方法來實現物體多角度圖像的獲取。這種方式獲取的圖像雖然可用，但需要圖像采集者有豐富的采集經驗來準確覆蓋物體各個角度的信息，且比較耗時。

發明內容

為解決現有技術的不足，利用轉臺圖像采集系統優勢的同時，克服已有轉臺系統的缺點，避免物體轉動導致的表面輪廓陰影變化對后期重建效果的影響，本發明采用如下的技術方案：

一種面向三維重建的物體多角度圖像自動采集裝置，包括：俯仰模塊、升降模塊、旋轉模塊、支撐模塊；

所述俯仰模塊包括連桿機構、攝像頭、舵機和圖傳模塊，舵機分別與連桿機構和升降模塊連接，連桿機構與攝像頭一端活動連接，攝像頭另一端與升降模塊活動連接，圖傳模塊與攝像頭連接；舵機轉動，通過連桿機構的傳動，帶動攝像頭作俯仰運動。