CN106991716A - 一种全景三维建模装置、方法及系统 - Google Patents

一种全景三维建模装置、方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全景三维建模装置、方法及系统，包括：结构光投射模块，用于以一定角度向场景中投射指定特征的结构光；拍摄模块，用于拍摄场景图像并采集场景图像信息及解算场景空间结构信息；转动平台模块，用于带动结构光投射模块转动；全景三维建模模块，用于对拍摄模块采集到的场景图像信息及解算的场景空间结构信息进行处理，实现全景三维建模；供电模块，用于为结构光投射模块、拍摄模块、转动平台模块及全景三维建模模块提供电源。本发明通过使用一个或多个摄像单元，配合结构光投射器可以方便准确地获得场景空间的结构信息，实现对场景空间的全景三维重建，使拍摄的场景空间图像更具逼真感，大大拓展了全景图像的应用领域。

Description

一种全景三维建模装置、方法及系统
技术领域
本发明属于全景三维建模技术领域，特别是涉及一种全景三维建模装置、方法及系统。
背景技术
全景拍摄是使用一个或多个图像获取单元，对整个空间场景进行成像的过程，已有的全景拍摄方法只能拍摄空间场景的二维彩色图像，却不能准确对全景空间进行三维建模；缺少空间距离信息的全景图像限制了全景拍摄的应用范围，譬如在房产拍照应用中，如果可以对房屋进行全景三维建模，则可方便地实现户型图重构、VR屋内漫游等；如果没有三维模型，则用户只能浏览全景图像，无法实现更多功能。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种全景三维建模装置、方法及系统，以方便准确地获得场景空间的结构信息，实现对场景空间进行全景三维重建。
第一方面，本发明提供了一种全景三维建模装置，包括：
结构光投射模块，用于以一定角度向场景中投射指定特征的结构光；
拍摄模块，用于拍摄场景图像并采集场景图像信息及解算场景空间结构信息，其与所述结构光投射模块相连接；
转动平台模块，用于带动所述结构光投射模块转动，其与所述结构光投射模块相连接；
全景三维建模模块，用于对所述拍摄模块采集到的场景图像信息及解算的场景空间结构信息进行处理，实现全景三维建模，其与所述拍摄模块相连接；
供电模块，用于为所述结构光投射模块、拍摄模块、转动平台模块及全景三维建模模块提供电源，其与所述结构光投射模块、拍摄模块、转动平台模块及全景三维建模模块相连接。
进一步地， 所述结构光投射模块包括：
投射角度控制模块，用于根据距离需求调整光投射角度；
结构光特征控制模块，用于控制结构光的特征，包括投射形式，图案形状等，其与所述投射角度控制模块相连接。
进一步地，所述拍摄模块包括：
镜头适配模块，用于根据实际拍摄场景选取合适参数的镜头；
图像信息采集模块，用于将镜头适配模块中的镜头所拍摄的场景进行数字化成像处理得到场景图像信息，根据所述投射角度控制模块的光投射角度及所述结构光特征控制模块的结构光特征解算场景空间结构信息，其与所述镜头适配模块、投射角度控制模块、结构光特征控制模块相连接。
进一步地，所述转动平台模块包括：
转动控制模块，用于控制所述结构光投射模块的转动角度、转动速度和转动方向，其与所述投射角度控制模块相连接。
进一步地，所述全景三维建模模块包括：
全景图像拼接模块，用于拼接所述拍摄模块中图像信息采集模块采集到的场景图像序列，得到二维全景图像，其与所述图像信息采集模块相连接；
三维点云解算模块，用于解算所述拍摄模块中图像信息采集模块采集到的场景空间结构信息序列，得到与所述全景图像拼接模块中的二维全景图像对应的三维点云，其与所述图像信息采集模块及所述全景图像拼接模块相连接；
贴图渲染模块，用于根据所述全景图像拼接模块中的二维全景图像和所述三维点云解算模块中与所述二维全景图像对应的三维点云进行场景空间的贴图和渲染，实现全景三维建模，其与所述全景图像拼接模块及所述三维点云解算模块相连接。
第二方面，本发明提供了一种全景三维建模方法，包括下述步骤：
步骤A，所述镜头适配模块根据拍摄场景需求选取镜头，所述投射角度控制模块初始化结构光投射角；
步骤Ｂ，所述转动控制模块带动结构光投射模块以一定角度转动；
步骤Ｃ，所述图像信息采集模块拍摄场景图像；
步骤Ｄ，所述结构光投射模块以一定角度向场景中投射指定特征的结构光；
步骤Ｅ，所述图像信息采集模块根据所述投射角度控制模块的光投射角度及所述结构光特征控制模块的结构光特征解算场景空间结构信息；
步骤Ｆ，所述结构光投射模块停止投射结构光；
步骤Ｇ，所述图像信息采集模块依序保存场景图像和场景空间结构信息；
步骤Ｈ，重复步骤B至步骤Ｇ直到完成360°采集；
步骤I，所述全景图像拼接模块将场景图像序列拼接为二维全景图像；
步骤J，所述三维点云解算模块根据场景空间结构信息序列解算与所述二维全景图像对应的三维点云；
步骤K，根据所述二维全景图像和所述三维点云对场景空间进行贴图、渲染，得到全景三维模型。
第三方面，本发明提供了一种全景三维建模系统，包括一个转动平台，一个结构光投射器，一个摄像单元，所述结构光投射器与所述转动平台上的一点活动连接，所述摄像单元与所述转动平台上的另一点活动连接。
进一步地，所述结构光投射器与所述摄像单元在所述转动平台上以相等的角度转动。
一种全景三维建模系统，包括一个转动平台，一个结构光投射器，N个摄像单元，其中N为大于或等于2的正整数，所述结构光投射器与所述转动平台上的一点活动连接，所述摄像单元固定设置于且任意分布或等间距设置在以所述转动平台上的另一点为圆心的同一圆的圆周上。
进一步地，所述结构光投射器在所述转动平台上以一定角度转动，所述摄像单元在拍摄过程中不随转动平台转动。
本发明通过使用一个或多个摄像单元，配合结构光投射器可以方便准确地获得场景空间的结构信息，实现对场景空间的全景三维重建，使拍摄的场景空间图像更具逼真感，大大拓展了全景图像的应用领域。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的全景三维建模装置的结构示意图；
图2为本发明第二实施例提供的全景三维建模装置的结构示意图；
图3为本发明第三实施例提供的一种全景三维建模方法的流程示意图；
图4为本发明第四实施例提供的一种全景三维建模系统的结构示意图；
图5为本发明第五实施例提供的另一种全景三维建模系统的结构示意图；
图6为本发明第六实施例提供的另一种全景三维建模系统的结构示意图；
图7为本发明第七实施例提供的另一种全景三维建模系统的结构示意图；
图8为本发明第八实施例提供的另一种全景三维建模系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，图1是本发明第一实施例提供的全景三维建模装置的结构示意图，如图1所示，全景三维建模装置包括：结构光投射模块1，拍摄模块2，转动平台模块3，全景三维建模模块4，供电模块5。
结构光投射模块1用于以一定角度和固定特征向场景中投射结构光；
拍摄模块2用于拍摄场景图像并采集场景图像信息及解算场景空间结构信息，其与结构光投射模块相连接；
转动平台模块3用于带动结构光投射模块转动，其与结构光投射模块相连接；
全景三维建模模块4用于对拍摄模块采集到的场景图像信息及解算的场景空间结构信息进行处理，实现全景三维建模，其与拍摄模块相连接；
供电模块5，用于为结构光投射模块、拍摄模块、转动平台模块及全景三维建模模块提供电源，其与结构光投射模块、拍摄模块、转动平台模块及全景三维建模模块相连接。
请参阅图2，图2是本发明第二实施例提供的全景三维建模装置的结构示意图，如图2所示，结构光投射模块1包括投射角度控制模块11和结构光特征控制模块12；其中，投射角度控制模块11用于根据距离需求调整结构光投射角度；结构光特征控制模块12用于控制结构光特征，包括投射形式、图案形状等，譬如控制结构光以直线、光斑、网格或编码形式投射到场景中，其与投射角度控制模块11相连接；结构光投射模块1固定在转动平台模块3上，以一定角度θ将固定特征（直线、光斑、网格、编码等）的结构光投射到场景中，结构光的具体特征由结构光特征控制模块12选取。拍摄模块2包括镜头适配模块21和图像信息采集模块22；其中，镜头适配模块21用于根据实际拍摄场景选取合适参数的镜头，譬如，根据拍摄空间尺寸选择一定参数的广角镜头或鱼眼镜头等；图像信息采集模块22固定在转动平台模块3上，用于将镜头适配模块21中的镜头所拍摄的场景进行数字化成像处理得到场景图像信息，根据投射角度控制模块11的光投射角度及结构光特征控制模块12的结构光特征解算场景空间结构信息，其与镜头适配模块21、投射角度控制模块11、结构光特征控制模块12相连接。转动平台模块3包括转动控制模块31；转动控制模块31用于控制结构光投射模块1的转动角度、转动速度和转动方向，其与投射角度控制模块11相连接。全景三维建模模块4包括全景图像拼接模块41，三维点云解算模块42和贴图渲染模块43；其中，全景图像拼接模块41用于拼接拍摄模块2中图像信息采集模块22采集到的场景图像序列，得到二维全景图像，其与图像信息采集模块22相连接；三维点云解算模块42用于解算拍摄模块2中图像信息采集模块22采集到的场景空间结构信息序列，得到与全景图像拼接模块41中的二维全景图像对应的三维点云，其与图像信息采集模块22及全景图像拼接模块41相连接；贴图渲染模块43用于根据全景图像拼接模块41中的二维全景图像和三维点云解算模块42中与二维全景图像对应的三维点云进行场景空间的贴图和渲染，实现全景三维建模，其与全景图像拼接模块41及三维点云解算模块42相连接。
请参阅图3，图3是本发明第三实施例提供的一种全景三维建模方法的流程示意图，如图3所示，全景三维建模方法，包括如下步骤：
步骤S201、开始；
步骤S202、镜头适配模块21根据拍摄场景需求选取镜头，投射角度控制模块11初始化结构光投射角；
步骤S203、转动控制模块31带动结构光投射模块1以一定角度转动；
步骤S204、图像信息采集模块22拍摄场景图像；
步骤S205、结构光投射模块1以一定角度向场景中投射指定特征的结构光；
步骤S206、图像信息采集模块22根据投射角度控制模块11的光投射角度及结构光特征控制模块12的结构光特征解算场景空间结构信息；
步骤S207、结构光投射模块1停止投射结构光；
步骤S208、图像信息采集模块22依序保存场景图像和场景空间结构信息；
步骤S209、重复步骤S203至S208直到完成360°采集；
步骤S210、全景图像拼接模块41将场景图像序列拼接为二维全景图像；
步骤S211、三维点云解算模块42根据场景空间结构信息序列解算与二维全景图像对应的三维点云；
步骤S212、根据二维全景图像和三维点云对场景空间进行贴图、渲染，得到全景三维模型；
步骤S213、结束。
请参阅图4，图4是本发明第四实施例提供的一种全景三维建模系统的结构示意图，如图4所示，本发明第四实施例提供的全景三维建模系统包括一个转动平台501，一个结构光投射器502，一个摄像单元503，结构光投射器502与转动平台501上的一点活动连接，摄像单元503与转动平台501上的另一点活动连接，在本实施例具体实施过程中，结构光投射器502与摄像单元503在转动平台501上以相等的角度转动。本发明实施例中，摄像单元503中的图像采集模块504的有效视场角505与结构光投射器502的结构光特征的有效视场角506的最近交点A和最远交点B决定了有效建模距离（Z1 至Z2）。
本发明提供了另一种全景三维建模系统，包括一个转动平台，一个结构光投射器，N个摄像单元，其中N为大于或等于2的正整数，结构光投射器与转动平台上的一点活动连接，摄像单元固定设置于且任意分布或等间距设置在以转动平台上的另一点为圆心的同一圆的圆周上，在本实施例具体实施过程中，结构光投射器在转动平台上以一定角度转动，摄像单元在拍摄过程中不随转动平台转动。
请参阅图5，图5是本发明第五实施例提供的另一种全景三维建模系统的结构示意图，如图5所示，该全景三维建模系统包括一个转动平台601，一个结构光投射器602，两个摄像单元603，结构光投射器602与转动平台601上的一点活动连接，摄像单元603固定设置于且任意分布或等间距设置在以转动平台601上的另一点为圆心的同一圆的圆周上，在本实施例具体实施过程中，结构光投射器602在转动平台601上以一定角度转动，摄像单元603在拍摄过程中不随转动平台601转动。
请参阅图6，图6是本发明第六实施例提供的另一种全景三维建模系统的结构示意图，如图6所示，该全景三维建模系统包括一个转动平台701，一个结构光投射器702，三个摄像单元703，结构光投射器702与转动平台701上的一点活动连接，摄像单元703固定设置于且任意分布或等间距设置在以转动平台701上的另一点为圆心的同一圆的圆周上，在本实施例具体实施过程中，结构光投射器702在转动平台701上以一定角度转动，摄像单元703在拍摄过程中不随转动平台701转动。
请参阅图7，图7是本发明第七实施例提供的另一种全景三维建模系统的结构示意图，如图7所示，该全景三维建模系统包括一个转动平台801，一个结构光投射器802，四个摄像单元803，结构光投射器802与转动平台801上的一点活动连接，摄像单元803固定设置于且任意分布或等间距设置在以转动平台801上的另一点为圆心的同一圆的圆周上，在本实施例具体实施过程中，结构光投射器802在转动平台801上以一定角度转动，摄像单元803在拍摄过程中不随转动平台801转动。
请参阅图8，图8是本发明第八实施例提供的另一种全景三维建模系统的结构示意图，如图8所示，该全景三维建模系统包括一个转动平台901，一个结构光投射器902，八个摄像单元903，结构光投射器902与转动平台901上的一点活动连接，摄像单元903固定设置于且任意分布或等间距设置在以转动平台901上的另一点为圆心的同一圆的圆周上，在本实施例具体实施过程中，结构光投射器902在转动平台901上以一定角度转动，摄像单元903在拍摄过程中不随转动平台901转动。
本发明通过使用一个或多个摄像单元，配合结构光投射器可以方便准确地获得场景空间的结构信息，实现对场景空间的全景三维重建，使拍摄的场景空间图像更具逼真感，大大拓展了全景图像的应用领域。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全景三维建模装置，其特征在于，包括：
结构光投射模块，用于以一定角度向场景中投射指定特征的结构光；
拍摄模块，用于拍摄场景图像并采集场景图像信息及解算场景空间结构信息，其与所述结构光投射模块相连接；
转动平台模块，用于带动所述结构光投射模块转动，其与所述结构光投射模块相连接；
全景三维建模模块，用于对所述拍摄模块采集到的场景图像信息及解算的场景空间结构信息进行处理，实现全景三维建模，其与所述拍摄模块相连接；
供电模块，用于为所述结构光投射模块、拍摄模块、转动平台模块及全景三维建模模块提供电源，其与所述结构光投射模块、拍摄模块、转动平台模块及全景三维建模模块相连接。
2.根据权利要求1所述的全景三维建模装置，其特征在于，所述结构光投射模块包括：
投射角度控制模块，用于根据距离需求调整光投射角度；
结构光特征控制模块，用于控制结构光的特征，包括投射形式，图案形状等，其与所述投射角度控制模块相连接。
3.根据权利要求1所述的全景三维建模装置，其特征在于，所述拍摄模块包括：
镜头适配模块，用于根据实际拍摄场景选取合适参数的镜头；
图像信息采集模块，用于将镜头适配模块中的镜头所拍摄的场景进行数字化成像处理得到场景图像信息，根据所述投射角度控制模块的光投射角度及所述结构光特征控制模块的结构光特征解算场景空间结构信息，其与所述镜头适配模块、投射角度控制模块、结构光特征控制模块相连接。
4.根据权利要求1所述的全景三维建模装置，其特征在于，所述转动平台模块包括：
转动控制模块，用于控制所述结构光投射模块的转动角度、转动速度和转动方向，其与所述投射角度控制模块相连接。
5.根据权利要求1所述的全景三维建模装置，其特征在于，所述全景三维建模模块包括：
全景图像拼接模块，用于拼接所述拍摄模块中图像信息采集模块采集到的场景图像序列，得到二维全景图像，其与所述图像信息采集模块相连接；
三维点云解算模块，用于解算所述拍摄模块中图像信息采集模块采集到的场景空间结构信息序列，得到与所述全景图像拼接模块中的二维全景图像对应的三维点云，其与所述图像信息采集模块及所述全景图像拼接模块相连接；
贴图渲染模块，用于根据所述全景图像拼接模块中的二维全景图像和所述三维点云解算模块中与所述二维全景图像对应的三维点云进行场景空间的贴图和渲染，实现全景三维建模，其与所述全景图像拼接模块及所述三维点云解算模块相连接。
6.一种全景三维建模方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤A，所述镜头适配模块根据拍摄场景需求选取镜头，所述投射角度控制模块初始化结构光投射角；
步骤Ｂ，所述转动控制模块带动结构光投射模块以一定角度转动；
步骤Ｃ，所述图像信息采集模块拍摄场景图像；
步骤Ｄ，所述结构光投射模块以一定角度向场景中投射指定特征的结构光；
步骤Ｅ，所述图像信息采集模块根据所述投射角度控制模块的光投射角度及所述结构光特征控制模块的结构光特征解算场景空间结构信息；
步骤Ｆ，所述结构光投射模块停止投射结构光；
步骤Ｇ，所述图像信息采集模块依序保存场景图像和场景空间结构信息；
步骤Ｈ，重复步骤B至步骤Ｇ直到完成360°采集；
步骤I，所述全景图像拼接模块将场景图像序列拼接为二维全景图像；
步骤J，所述三维点云解算模块根据场景空间结构信息序列解算与所述二维全景图像对应的三维点云；
步骤K，根据所述二维全景图像和所述三维点云对场景空间进行贴图、渲染，得到全景三维模型。
7.一种全景三维建模系统，其特征在于，所述全景三维建模系统包括一个转动平台，一个结构光投射器，一个摄像单元，所述结构光投射器与所述转动平台上的一点活动连接，所述摄像单元与所述转动平台上的另一点活动连接。
8.根据权利要求7所述的全景三维建模系统，其特征在于，所述结构光投射器与所述摄像单元在所述转动平台上以相等的角度转动。
9.一种全景三维建模系统，其特征在于，所述全景三维建模系统包括一个转动平台，一个结构光投射器，N个摄像单元，其中N为大于或等于2的正整数，所述结构光投射器与所述转动平台上的一点活动连接，所述摄像单元固定设置于且任意分布或等间距设置在以所述转动平台上的另一点为圆心的同一圆的圆周上。
10.根据权利要求9所述的全景三维建模系统，其特征在于，所述结构光投射器在所述转动平台上以一定角度转动，所述摄像单元在拍摄过程中不随转动平台转动。
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