[發明專利]一種復雜織物表面的三維重建系統及方法

在審

• 申請號: 202110490485.7
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113192184A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 羅健;辛斌杰;于文杰;沈冬冬;孔方圓;劉毅;余淼;袁秀文
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T5/00;G06T15/50
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 耿悅

1.一種復雜織物表面的三維重建系統，其特征在于，包括：

箱體(8)，所述箱體(8)的內部設有一滑輪(3)，所述滑輪(3)的周向方向上設有多個光源(2)，所述滑輪(3)能夠在水平面內旋轉以調節每個所述光源(2)的位置；

底座(5)，設置在所述箱體(8)的下方，所述底座(5)的上表面用于放置織物樣本(9)；

壓緊單元，設置在所述底座(5)和所述箱體(8)上，所述壓緊單元能夠將所述織物壓緊在所述底座(5)上；

相機(1)，設置在所述箱體(8)的內側頂部，所述相機(1)用于采集單一光源(2)下的織物樣本(9)的樣本圖像；

圖像處理模塊，用于對樣本圖像進行三維重建以獲取對應三維模型。

2.如權利要求1所述的復雜織物表面的三維重建系統，其特征在于，所述壓緊單元包括磁鐵(4)和磁條圈(6)，所述磁鐵(4)固定在所述箱體(8)的底部外邊緣上，所述磁條圈(6)固定在所述底座(5)的上表面外緣處，所述磁鐵(4)和磁條圈(6)相配合。

3.如權利要求1所述的復雜織物表面的三維重建系統，其特征在于，所述滑輪(3)上設有刻度表。

4.一種使用如權利要求1-3任一項所述的復雜織物表面的三維重建系統的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、對光源(2)進行標定，確定光源(2)的光照方向；

S2、將待測的織物樣本(9)放置在底座(5)上，合攏箱體(8)和底座(5)；分別采用不同方向的單一光源(2)拍攝并采集織物樣本(9)的樣本圖像；

S3、轉動滑輪(3)，再分別采用不同方向的單個光源(2)依次采集下一組樣本圖像；

S4、對樣本圖像進行分析，并重建出織物表面的三維模型。

5.如權利要求4所述的復雜織物表面的三維重建方法，其特征在于，所述步驟S3之后還包括：

S31、對采集到的樣本圖像的噪聲進行分析，并祛除噪聲。

6.如權利要求4或5所述的復雜織物表面的三維重建方法，其特征在于，所述步驟S1包括：

S11、將探測球放置于底座(5)上，并合攏箱體(8)和底座(5)；

S12、識別探測球的高光點空間位置，計算得到光照方向；

S13、發現高光點時，視點方向和反射光的方向一致，得到反射光向量的單位向量；

S14、對探測球高光點的空間位置進行識別，根據探測球高光點的鏡面反射原理計算得到入射光的方向矢量；

S15、移動探測球位置，拍攝一個光照方向下，多個不同位置的探測球，利用奇異值分解求超定方程組最終得到精確的光照方向。

7.如權利要求6所述的復雜織物表面的三維重建方法，其特征在于，所述探測球為球狀純黑色的黑曜石。

8.如權利要求4或5所述的復雜織物表面的三維重建方法，其特征在于，所述步驟S4包括：

S41、根據朗伯體表面反射模型將所有樣本圖像向量化，并組合成一個秩為3或者接近于3的低秩矩陣；

S42、把鏡面反射和陰影使用一個大多數值都是0的噪聲矩陣表示，則觀察矩陣可以表示成由一個低秩矩陣和一個稀疏矩陣組合而成；

S43、在標定完光照方向的情況下，通過求解拉格朗日公式得到表面法向矩陣；

S44、根據表面法向矩陣獲得織物表面深度，即可重建出織物表面的三維模型。