CN107464279A - 一种基于条纹图像的三维重建系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于条纹图像的三维重建系统，其特征在于：包括摄影装置、控制模块、图像处理存储模块、图像显示模块、上传云端模块和云端图像三维重建处理平台，本发明旨在解决三维重建信息采集对专业技能依赖性强、成本代价高和模型真实色彩缺失的问题，通过对实物进行图像采集，分析与匹配图像特征，进而重建三维模型，具有操作简单、适用性强、成本低廉等优点，且重建模型真实感较强。

Description

一种基于条纹图像的三维重建系统及其方法

技术领域

本发明涉及真实视觉信息采集及三维重建技术领域，具体是一种基于条纹图像的三维重建系统及其方法。

背景技术

三维重建技术是通过深度数据获取、预处理、点云配准与融合、生成表面等过程，把真实场景刻画成符合计算机逻辑表达的数学模型的技术，三维重建技术已广泛应用于工业制造、文物保护、虚拟现实、影视制作、服装化妆、即时通讯等诸多行业。

当前，三维重建技术主要借助于激光三维扫描和结构光三维扫描技术来获取被测物空间点云数据，然后基于点云数据利用逆向设计软件进行被测物三维立体模型的重建，虽然三维扫描具有测量精度高、稳定性高等特点，但是存在成本代价高，测量范围存在局限，操作过于复杂和专业，且模型真实色彩缺失等问题。

发明内容

本发明提供了一种基于条纹图像的三维重建系统及其方法，旨在解决三维重建信息采集对专业技能依赖性强、成本代价高和模型真实色彩缺失的问题，通过对实物进行图像采集，分析与匹配图像特征，进而重建三维模型，具有操作简单、适用性强、成本低廉等优点，且重建模型真实感较强。

本发明的技术方案是：提供一种基于条纹图像的三维重建系统，包括摄影装置、控制模块、图像处理存储模块、图像显示模块、上传云端模块和云端图像三维重建处理平台；

所述的摄影装置包括摄影机构和旋转机构，摄影机构设有多组，均匀分布在以旋转机构为圆心的圆周上，摄影机构包括底座、传动杆、驱动机构、摄影箱、摄影机、投影仪和摄影机调节机构，所述的传动杆和驱动机构设于底座上，摄影机、投影仪和摄影机调节机构均设在摄影箱内，摄影箱连接于传动杆上，传动杆通过驱动机构的驱动带动摄影箱上下移动；

所述摄影机构在控制模块的控制下，拍摄待测对象当前位置的图像信息，以获取待测对象全方位的多组真彩图像数据；旋转机构用于放置待测对象，旋转机构在控制模块的控制下，按照预设的角度转动；

所述图像处理存储模块，用于处理多组真彩图像数据的对齐、排序、配准，而后存储得到待测对象全角度、有序的真彩图像信息；

所述图像显示模块，用于显示存储的真彩图像信息，方便用户查看数据；

所述上传云端模块，用于将存储的真彩图像信息通过无线网络上传至云端图像三维重建处理平台；

所述云端图像三维重建处理平台，用于对存储的真彩图像依次进行蒙皮、轮廓识别、特征细化和真彩渲染，得到色彩真实、精度极高的三维真彩模型。

本发明同时提供一种基于条纹图像的三维重建方法，包括以下步骤：

1）将待测对象放置于旋转机构上，根据所述待测对象的高度及幅面大小通过驱动机构和摄像机调节机构来调节好摄像机的高度及角度，以及设定摄像机到待测对象的恒定距离d；

2）在所述控制模块的控制驱动下，摄像机完成待测对象真彩图像拍摄并存储，然后在控制模块控制下利用投影仪将光栅条纹投射于待测对象上，再利用摄像机完成条纹图像拍摄并存储；

3）图像处理存储模块对同一位置方位拍摄的真彩图像和条纹图像进行配对并保存该方位的图像组；

4）在控制模块的控制下，旋转机构按照预设旋转角度旋转到指定角度，摄像机重复以上拍摄方法拍摄获取待测对象的真彩图像和条纹图像，进而再利用图像处理存储模块对该方位拍摄的真彩图像和条纹图像进行配对并保存，直至完成预设的旋转次数，以确保摄像机能够360°全方位的获取待测对象全面信息，在此过程中，图像显示模块用于实时显示拍摄图像及完成后查看拍摄效果和完整性；

5）将上述由真彩图像和条纹图像构成的图像组作为输入数据，通过上传云端模块利用无线网络上传至云端图像三维重建处理平台，云端图像三维重建处理平台利用真彩图像上的标识将所有图像组统一对齐至一个坐标上，形成与恒定距离d为半径的圆形图像矩阵，然后对真彩图像进行蒙皮处理，云端图像三维重建处理平台根据每张图像待测对象的基本外形轮廓利用自身算法重建待测对象的立体三维轮廓，接着利用多组对应位置的条纹图像在基本外形轮廓的基础上生成表面细节特征高密度点云，结合所有图像对生成的模型进行优化，最后根据各方位的真彩图像进行纹理添加处理使模型色彩与待测对象实际颜色一致，达到真实还原的效果。

本发明融合了智能控制技术、图像处理技术、三维重建技术，解决待测对象多角度拍摄，提高了重建模型的精度，针对单个相机换位拍摄，拍摄时间长，拍摄位置控制难，尤其是针对人物拍摄，由于人体难以保持静止会发生移动导致后期重建精度降低甚至失败，本发明选择多角度同时拍摄即节省了时间，又能更好的捕捉到待测对象的同一姿态，结合智能控制设备，拍摄者可以远程遥控或触屏操作进行拍摄作业，并可实时处理保存图像和上传至处理终端，方便快捷。

本发明结合摄像机构固定矩阵、转台标识点配准、对齐、拟合获取的图像，并利用条纹投影的拍摄图像，从而实现模型细节特征重构，精度得到很大提高，且采集效率也大大提高，降低操作难度，拍摄技能依赖性小。

本发明采用全自动的拍摄系统，大量减少了人为参与，避免真彩图像采集出现角度缺失，提高被拍摄物图像数据采集的效率和真彩图像三维重构的精度，解决了三维数据采集效率慢、技术要求高、色彩还原难等问题。

附图说明

图1为本发明的摄影装置的结构示意图。

图2为本发明的摄影机构的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做详细的说明。

如图1、图2所示，本发明的基于条纹图像的三维重建系统，包括摄影装置、控制模块、图像处理存储模块、图像显示模块、上传云端模块和云端图像三维重建处理平台；

摄影装置包括摄影机构和旋转机构，摄影机构设有多组，均匀分布在以旋转机构为圆心的圆周上，摄影机构包括底座、传动杆、驱动机构、摄影箱、摄影机、投影仪和摄影机调节机构，传动杆和驱动机构设于底座上，摄影机、投影仪和摄影机调节机构均设在摄影箱内，摄影箱连接于传动杆上，传动杆通过驱动机构的驱动带动摄影箱上下移动；

摄影机构在控制模块的控制下，拍摄待测对象当前位置的图像信息，以获取待测对象全方位的多组真彩图像数据；旋转机构用于放置待测对象，旋转机构在控制模块的控制下，按照预设的角度转动；

图像处理存储模块，用于处理多组真彩图像数据的对齐、排序、配准，而后存储得到待测对象全角度、有序的真彩图像信息；

图像显示模块，用于显示存储的真彩图像信息，方便用户查看数据；

上传云端模块，用于将存储的真彩图像信息通过无线网络上传至云端图像三维重建处理平台；

云端图像三维重建处理平台，用于对存储的真彩图像依次进行蒙皮、轮廓识别、特征细化和真彩渲染，得到色彩真实、精度极高的三维真彩模型。

本发明的基于条纹图像的三维重建系统在具体实施时，每一组摄影机构中包括两个摄像机和一个投影仪，一个摄像机负责待测对象俯视方向，另一个负责待测对象的仰视方向。驱动机构使用电机和主动丝杆，传动杆为被动丝杆，通过被动丝杆的转动，摄影箱在被动丝杆上上下移动。

本发明的一种基于条纹图像的三维重建方法，包括以下步骤：

1）将待测对象放置于旋转机构上，根据所述待测对象的高度及幅面大小通过驱动机构和摄像机调节机构来调节好摄像机的高度及角度，以及设定摄像机到待测对象的恒定距离d；

2）在所述控制模块的控制驱动下，摄像机完成待测对象真彩图像拍摄并存储，然后在控制模块控制下利用投影仪将光栅条纹投射于待测对象上，再利用摄像机完成条纹图像拍摄并存储；

3）图像处理存储模块对同一位置方位拍摄的真彩图像和条纹图像进行配对并保存该方位的图像组；

4）在控制模块的控制下，旋转机构按照预设旋转角度旋转到指定角度，摄像机重复以上拍摄方法拍摄获取待测对象的真彩图像和条纹图像，进而再利用图像处理存储模块对该方位拍摄的真彩图像和条纹图像进行配对并保存，直至完成预设的旋转次数，以确保摄像机能够360°全方位的获取待测对象全面信息，在此过程中，图像显示模块用于实时显示拍摄图像及完成后查看拍摄效果和完整性；

5）将上述由真彩图像和条纹图像构成的图像组作为输入数据，通过上传云端模块利用无线网络上传至云端图像三维重建处理平台，云端图像三维重建处理平台利用真彩图像上的标识将所有图像组统一对齐至一个坐标上，形成与恒定距离d为半径的圆形图像矩阵，然后对真彩图像进行蒙皮处理，云端图像三维重建处理平台根据每张图像待测对象的基本外形轮廓利用自身算法重建待测对象的立体三维轮廓，接着利用多组对应位置的条纹图像在基本外形轮廓的基础上生成表面细节特征高密度点云，结合所有图像对生成的模型进行优化，最后根据各方位的真彩图像进行纹理添加处理使模型色彩与待测对象实际颜色一致，达到真实还原的效果。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (2)

1.一种基于条纹图像的三维重建系统，其特征在于：包括摄影装置、控制模块、图像处理存储模块、图像显示模块、上传云端模块和云端图像三维重建处理平台；

所述的摄影装置包括摄影机构和旋转机构，摄影机构设有多组，均匀分布在以旋转机构为圆心的圆周上，摄影机构包括底座、传动杆、驱动机构、摄影箱、摄影机、投影仪和摄影机调节机构，所述的传动杆和驱动机构设于底座上，摄影机、投影仪和摄影机调节机构均设在摄影箱内，摄影箱连接于传动杆上，传动杆通过驱动机构的驱动带动摄影箱上下移动；

所述摄影机构在控制模块的控制下，拍摄待测对象当前位置的图像信息，以获取待测对象全方位的多组真彩图像数据；旋转机构用于放置待测对象，旋转机构在控制模块的控制下，按照预设的角度转动；

所述图像处理存储模块，用于处理多组真彩图像数据的对齐、排序、配准，而后存储得到待测对象全角度、有序的真彩图像信息；

所述图像显示模块，用于显示存储的真彩图像信息，方便用户查看数据；

所述上传云端模块，用于将存储的真彩图像信息通过无线网络上传至云端图像三维重建处理平台；

所述云端图像三维重建处理平台，用于对存储的真彩图像依次进行蒙皮、轮廓识别、特征细化和真彩渲染，得到色彩真实、精度极高的三维真彩模型。

2.一种基于条纹图像的三维重建方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将待测对象放置于旋转机构上，根据所述待测对象的高度及幅面大小通过驱动机构和摄像机调节机构来调节好摄像机的高度及角度，以及设定摄像机到待测对象的恒定距离d；

2）在所述控制模块的控制驱动下，摄像机完成待测对象真彩图像拍摄并存储，然后在控制模块控制下利用投影仪将光栅条纹投射于待测对象上，再利用摄像机完成条纹图像拍摄并存储；

3）图像处理存储模块对同一位置方位拍摄的真彩图像和条纹图像进行配对并保存该方位的图像组；

4）在控制模块的控制下，旋转机构按照预设旋转角度旋转到指定角度，摄像机重复以上拍摄方法拍摄获取待测对象的真彩图像和条纹图像，进而再利用图像处理存储模块对该方位拍摄的真彩图像和条纹图像进行配对并保存，直至完成预设的旋转次数，以确保摄像机能够360°全方位的获取待测对象全面信息，在此过程中，图像显示模块用于实时显示拍摄图像及完成后查看拍摄效果和完整性；

5）将上述由真彩图像和条纹图像构成的图像组作为输入数据，通过上传云端模块利用无线网络上传至云端图像三维重建处理平台，云端图像三维重建处理平台利用真彩图像上的标识将所有图像组统一对齐至一个坐标上，形成与恒定距离d为半径的圆形图像矩阵，然后对真彩图像进行蒙皮处理，云端图像三维重建处理平台根据每张图像待测对象的基本外形轮廓利用自身算法重建待测对象的立体三维轮廓，接着利用多组对应位置的条纹图像在基本外形轮廓的基础上生成表面细节特征高密度点云，结合所有图像对生成的模型进行优化，最后根据各方位的真彩图像进行纹理添加处理使模型色彩与待测对象实际颜色一致，达到真实还原的效果。