CN109272453B - 基于3d摄像机的建模装置及定位方法 - Google Patents

基于3d摄像机的建模装置及定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于3D摄像机的建模装置及定位方法，所述建模装置包括至少2个3D摄像机以及一处理端，所述处理端包括一计算模块，所述处理端包括一校准物的形状数据，所述至少2个3D摄像机用于分别获取所述校准物的3D影像；所述计算模块用于根据3D影像中的形状数据计算每一3D摄像机的空间位置。本发明的基于3D摄像机的建模装置及定位方法能够数字化3D摄像机的拍摄位置，方便快速生成3D模型，而且计算速度快占用系统资源少，生成的影像更加清晰。

Description

基于3D摄像机的建模装置及定位方法
技术领域
本发明涉及一种基于3D摄像机的建模装置及定位方法。
背景技术
3D摄像机，利用的是3D镜头制造的摄像机，通常具有两个摄像镜头以上，间距与人眼间距相近，能够拍摄出类似人眼所见的针对同一场景的不同图像。全息3D具有圆盘5镜头以上，通过圆点光栅成像或蔆形光栅全息成像可全方位观看同一图像，可如亲临其境。
第一台3D摄像机迄今3D革命全部围绕好莱坞重磅大片和重大体育赛事展开。随着3D摄像机的问世，这项技术距离家庭用户又近了一步。在这款摄像机推出以后，我们今后就可以用3D镜头捕捉人生每一个难忘瞬间，比如孩子迈出的第一步，大学毕业庆典等。
3D摄像机通常有两个以上镜头。3D摄像机本身的功能就像人脑一样，可以将两个镜头图像融合在一起，变成一个3D图像。这些图像可以在3D电视上播放，观众佩戴所谓的主动式快门眼镜即可观看，也可通过裸眼3D显示设备直接观看。3D快门式眼镜能够以每秒60次的速度令左右眼镜的镜片快速交错开关。这意味着每只眼睛看到的是同一场景的稍显不同的画面，所以大脑会由此以为其是在欣赏以3D呈现的单张照片。
现有的3D摄像机建模速度慢，且占用系统资源较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中建模装置的3D建模速度慢，且占用系统资源较高的缺陷，提供一种能够数字化3D摄像机的拍摄位置，方便快速生成3D模型，而且计算速度快占用系统资源少，生成的影像更加清晰的基于3D摄像机的建模装置及定位方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种基于3D摄像机的建模装置，其特点在于，所述建模装置包括至少2个3D摄像机以及一处理端，所述处理端包括一计算模块，所述处理端包括一校准物的形状数据，
所述至少2个3D摄像机用于分别获取所述校准物的3D影像；
所述计算模块用于根据3D影像中的形状数据计算每一3D摄像机的空间位置。
较佳地，所述校准物上设有若干特征点，所述形状数据包括两个特征点之间的距离、特征点的空间位置及特征点之间的空间位置关系中的至少一项。
较佳地，所述校准物上设有3个特征点，所述处理端还包括一识别模块，
对于一目标3D摄像机，所述识别模块用于识别3D影像中的所述特征点并获取目标3D摄像机到每一特征点的距离；
所述识别模块用于识别目标3D摄像机获取的3D影像中的全部特征点，并获取目标3D摄像机到每一特征点的距离。
所述计算模块用于根据目标3D摄像机到每一特征点的距离获取目标3D摄像机与校准物的位置关系；
所述计算模块还用于根据每一3D摄像机与校准物的位置关系获取3D摄像机之间的位置关系。
较佳地，所述处理端还包括一对比模块，包括所述校准物的3D模型，
对于一目标3D摄像机，所述对比模块用于将目标3D摄像机的3D影像与校准物的3D模型对比以获取目标3D摄像机与校准物的位置关系；
所述计算模块还用于根据每一3D摄像机与校准物的位置关系获取3D摄像机之间的位置关系。
较佳地，所述处理端还包括一选取模块以及一生成模块，
所述至少2个3D摄像机还用于分别获取一拍摄目标的3D影像；
所述选取模块用于在一目标3D摄像机的3D影像中选取一拼接点；
所述生成模块用于根据所述拼接点到目标3D摄像机的镜头的直线距离、目标夹角以及目标3D摄像机与待测3D摄像机的空间位置获取待测3D摄像机的3D影像中所述拼接点的位置，其中，所述目标夹角包括拼接点到目标3D摄像机的镜头的连线与过所述目标3D摄像机的垂线的夹角，所述目标夹角还包括拼接点到目标3D摄像机的镜头的连线与过所述目标3D摄像机、待测3D摄像机的垂线所在平面的夹角。
较佳地，所述3D摄像机的数量大于2个，所述处理端还包括一检测模块，
所述选取模块用于通过至少3个相互平行的横截面横截所述3D影像，并在每一所述横截面与目标3D摄像机的3D影像的相交线的一端选取所述拼接点；
对于每一相交线的两端的2个拼接点，所述检测模块用于根据所述空间位置获取与所述待测3D摄像机较近的拼接点为待测3D摄像机与目标3D摄像机的3D影像拼接时所用的拼接点。
本发明还提供一种基于3D摄像机的定位方法，其特点在于，所述定位方法通过一建模装置实现，所述建模装置包括至少2个3D摄像机以及一处理端，所述处理端包括一计算模块，所述处理端包括一校准物的形状数据，所述定位方法包括：
所述至少2个3D摄像机分别获取所述校准物的3D影像；
所述计算模块根据3D影像中的形状数据计算每一3D摄像机的空间位置。
较佳地，所述校准物上设有3个特征点，所述处理端还包括一识别模块，所述定位方法包括：
对于一目标3D摄像机，所述识别模块识别目标3D摄像机获取的3D影像中的全部特征点，并获取目标3D摄像机到每一特征点的距离；
所述计算模块根据目标3D摄像机到每一特征点的距离获取目标3D摄像机与校准物的位置关系；
所述计算模块还根据每一3D摄像机与校准物的位置关系获取3D摄像机之间的位置关系。
较佳地，所述处理端还包括一对比模块，包括所述校准物的3D模型，所述定位方法包括：
对于一目标3D摄像机，所述对比模块将目标3D摄像机的3D影像与校准物的3D模型对比以获取目标3D摄像机与校准物的位置关系；
所述计算模块还根据每一3D摄像机与校准物的位置关系获取3D摄像机之间的位置关系。
较佳地，所述处理端还包括一选取模块以及一生成模块，所述定位方法包括：
所述至少2个3D摄像机分别获取一拍摄目标的3D影像；
所述选取模块在一目标3D摄像机的3D影像中选取一拼接点；
所述生成模块根据所述拼接点到目标3D摄像机的镜头的直线距离、目标夹角以及目标3D摄像机与待测3D摄像机的空间位置获取待测3D摄像机的3D影像中所述拼接点的位置，其中，所述目标夹角包括拼接点到目标3D摄像机的镜头的连线与过所述目标3D摄像机的垂线的夹角，所述目标夹角还包括拼接点到目标3D摄像机的镜头的连线与过所述目标3D摄像机、待测3D摄像机的垂线所在平面的夹角。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
本发明的基于3D摄像机的建模装置及定位方法能够数字化3D摄像机的拍摄位置，方便快速生成3D模型，而且计算速度快占用系统资源少，生成的影像更加清晰。
附图说明
图1为本发明实施例1的建模装置的结构示意图。
图2为本发明实施例1的定位方法的流程图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
参见图1，本实施例提供一种建模装置，所述建模装置包括3个3D摄像机11以及一处理端，所述处理端包括一计算模块以及一识别模块，所述处理端包括一校准物的形状数据。
所述处理端可以是电脑终端，手机终端或云端服务器。
所述3个3D摄像机用于分别获取所述校准物的3D影像。
所述计算模块用于根据3D影像中的形状数据计算每一3D摄像机的空间位置。
具体地，所述校准物上设有3个特征点，所述形状数据包括两个特征点之间的距离、特征点的空间位置及特征点之间的空间位置关系中的至少一项。
在本实施例3个特征点12可以是地面上的等边三角形的3个顶点，也可以是正方体13上的3个面的中心点12，所述特征点位于所述校准物上，所述校准物上的三个特征点均为已知量，利用3个特征点来推算3D摄像机的位置，起到校准、定位的功能。
计算每一3D摄像机的空间位置具体方式为：
对于一目标3D摄像机，所述识别模块用于识别3D影像中的所述特征点并获取目标3D摄像机到每一特征点的距离。
所述识别模块用于识别目标3D摄像机获取的3D影像中的全部特征点，并获取目标3D摄像机到每一特征点的距离。
所述计算模块用于根据目标3D摄像机到每一特征点的距离获取目标3D摄像机与校准物的位置关系。3个特征点与3D摄像机3个点能够组成一三棱锥，3个特征点的空间位置已知，可以计算出3D摄像机的位置。
所述计算模块还用于根据每一3D摄像机与校准物的位置关系获取3D摄像机之间的位置关系。
在以3个特征点为基础建立的坐标系中，每个3D摄像机与校准物的位置关系已知，能够获取3D摄像机之间的位置关系。
参见图2，利用上述建模装置，本实施例还提供一种定位方法，包括：
步骤100、所述至少2个3D摄像机分别获取所述校准物的3D影像；
步骤101、对于一目标3D摄像机，所述识别模块识别3D影像中的所述特征点并获取目标3D摄像机到每一特征点的距离；
步骤102、所述计算模块根据目标3D摄像机到每一特征点的距离获取目标3D摄像机与校准物的位置关系；
步骤103、所述计算模块还根据每一3D摄像机与校准物的位置关系获取3D摄像机之间的位置关系。
步骤101至步骤103实现了所述计算模块根据3D影像中的形状数据计算每一3D摄像机的空间位置。
本实施例的基于3D摄像机的建模装置及定位方法能够数字化3D摄像机的拍摄位置，方便快速生成3D模型，而且计算速度快占用系统资源少，生成的影像更加清晰。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，不同之处仅在于：
所述处理端还包括一对比模块，包括所述校准物的3D模型，
对于一目标3D摄像机，所述对比模块用于将目标3D摄像机的3D影像与校准物的3D模型对比以获取目标3D摄像机与校准物的位置关系；
所述计算模块还用于根据每一3D摄像机与校准物的位置关系获取3D摄像机之间的位置关系。
通过与基准模型的对比能够计算出3D摄像机拍摄校准物的距离以及拍摄角度从而能够推算出3D摄像机之间的位置关系。
利用上述建模装置，本实施例的定位方法包括：
对于一目标3D摄像机，所述对比模块将目标3D摄像机的3D影像与校准物的3D模型对比以获取目标3D摄像机与校准物的位置关系；
所述计算模块还根据每一3D摄像机与校准物的位置关系获取3D摄像机之间的位置关系。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，不同之处仅在于：
利用3D摄像机的位置关系，能够使3D模型的生成更加快捷。
所述处理端还包括一选取模块以及一生成模块，
所述至少2个3D摄像机还用于分别获取一拍摄目标的3D影像；
所述选取模块用于在一目标3D摄像机的3D影像中选取一拼接点；
所述生成模块用于根据所述拼接点到目标3D摄像机的镜头的直线距离、目标夹角以及目标3D摄像机与待测3D摄像机的空间位置获取待测3D摄像机的3D影像中所述拼接点的位置，其中，所述目标夹角包括拼接点到目标3D摄像机的镜头的连线与过所述目标3D摄像机的垂线的夹角，所述目标夹角还包括拼接点到目标3D摄像机的镜头的连线与过所述目标3D摄像机、待测3D摄像机的垂线所在平面的夹角。
拼接点的获取具体通过：
所述3D摄像机的数量大于2个，本实施中为3个，所述处理端还包括一检测模块，
所述选取模块用于通过至少3个相互平行的横截面横截所述3D影像，并在每一所述横截面与目标3D摄像机的3D影像的相交线的一端选取所述拼接点；
对于每一相交线的两端的2个拼接点，所述检测模块用于根据所述空间位置获取与所述待测3D摄像机较近的拼接点为待测3D摄像机与目标3D摄像机的3D影像拼接时所用的拼接点。
为了能使3D影像能够拼接需要至少3个拼接点，为了确保两个3D影像在拼接时能够获取有效的拼接点，待测3D摄像机的影像通过较近的拼接点能够提高拼接成功率。
利用上述建模装置，本实施例的定位方法包括：
所述至少2个3D摄像机分别获取一拍摄目标的3D影像；
所述选取模块通过至少3个相互平行的横截面横截所述3D影像，并在每一所述横截面与目标3D摄像机的3D影像的相交线的一端选取所述拼接点；
对于每一相交线的两端的2个拼接点，所述检测模块根据所述空间位置获取与所述待测3D摄像机较近的拼接点为待测3D摄像机与目标3D摄像机的3D影像拼接时所用的拼接点。
所述生成模块根据所述拼接点到目标3D摄像机的镜头的直线距离、目标夹角以及目标3D摄像机与待测3D摄像机的空间位置获取待测3D摄像机的3D影像中所述拼接点的位置，其中，所述目标夹角包括拼接点到目标3D摄像机的镜头的连线与过所述目标3D摄像机的垂线的夹角，所述目标夹角还包括拼接点到目标3D摄像机的镜头的连线与过所述目标3D摄像机、待测3D摄像机的垂线所在平面的夹角。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于3D摄像机的建模装置，其特征在于，所述建模装置包括至少2个3D摄像机以及一处理端，所述处理端包括一计算模块，所述处理端包括一校准物的形状数据，
所述至少2个3D摄像机用于分别获取所述校准物的3D影像；
所述计算模块用于根据3D影像中的形状数据计算每一3D摄像机的空间位置；
其中，所述校准物上设有若干特征点，所述形状数据包括两个特征点之间的距离、特征点的空间位置及特征点之间的空间位置关系中的至少一项；
所述处理端还包括一对比模块以及所述校准物的3D模型，
对于一目标3D摄像机，所述对比模块用于将目标3D摄像机的3D影像与校准物的3D模型对比以获取目标3D摄像机与校准物的位置关系；
所述计算模块还用于根据每一3D摄像机与校准物的位置关系获取3D摄像机之间的位置关系。
2.如权利要求1所述的建模装置，其特征在于，所述校准物上设有3个特征点，所述处理端还包括一识别模块，
对于一目标3D摄像机，所述识别模块用于识别目标3D摄像机获取的3D影像中的全部特征点，并获取目标3D摄像机到每一特征点的距离；
所述计算模块用于根据目标3D摄像机到每一特征点的距离获取目标3D摄像机与校准物的位置关系；
所述计算模块还用于根据每一3D摄像机与校准物的位置关系获取3D摄像机之间的位置关系。
3.如权利要求1所述的建模装置，其特征在于，所述处理端还包括一选取模块以及一生成模块，
所述至少2个3D摄像机还用于分别获取一拍摄目标的3D影像；
所述选取模块用于在一目标3D摄像机的3D影像中选取一拼接点；
所述生成模块用于根据所述拼接点到目标3D摄像机的镜头的直线距离、目标夹角以及目标3D摄像机与待测3D摄像机的空间位置获取待测3D摄像机的3D影像中所述拼接点的位置，其中，所述目标夹角包括拼接点到目标3D摄像机的镜头的连线与过所述目标3D摄像机的垂线的夹角，所述目标夹角还包括拼接点到目标3D摄像机的镜头的连线与过所述目标3D摄像机、待测3D摄像机的垂线所在平面的夹角。
4.如权利要求3所述的建模装置，其特征在于，所述3D摄像机的数量大于2个，所述处理端还包括一检测模块，
所述选取模块用于通过至少3个相互平行的横截面横截所述3D影像，并在每一所述横截面与目标3D摄像机的3D影像的相交线的一端选取所述拼接点；
对于每一相交线的两端的2个拼接点，所述检测模块用于根据所述空间位置获取与所述待测3D摄像机较近的拼接点为待测3D摄像机与目标3D摄像机的3D影像拼接时所用的拼接点。
5.一种基于3D摄像机的定位方法，其特征在于，所述定位方法通过一建模装置实现，所述建模装置包括至少2个3D摄像机以及一处理端，所述处理端包括一计算模块，所述处理端包括一校准物的形状数据，所述定位方法包括：
所述至少2个3D摄像机分别获取所述校准物的3D影像；
所述计算模块根据3D影像中的形状数据计算每一3D摄像机的空间位置；
其中，所述校准物上设有若干特征点，所述形状数据包括两个特征点之间的距离、特征点的空间位置及特征点之间的空间位置关系中的至少一项；
所述处理端还包括一对比模块以及所述校准物的3D模型，所述定位方法还包括：
对于一目标3D摄像机，所述对比模块将目标3D摄像机的3D影像与校准物的3D模型对比以获取目标3D摄像机与校准物的位置关系；
所述计算模块还根据每一3D摄像机与校准物的位置关系获取3D摄像机之间的位置关系。
6.如权利要求5所述的定位方法，其特征在于，所述校准物上设有3个特征点，所述处理端还包括一识别模块，所述定位方法包括：
对于一目标3D摄像机，所述识别模块识别目标3D摄像机获取的3D影像中的全部特征点，并获取目标3D摄像机到每一特征点的距离；
所述计算模块根据目标3D摄像机到每一特征点的距离获取目标3D摄像机与校准物的位置关系；
所述计算模块还根据每一3D摄像机与校准物的位置关系获取3D摄像机之间的位置关系。
7.如权利要求5所述的定位方法，其特征在于，所述处理端还包括一选取模块以及一生成模块，所述定位方法包括：
所述至少2个3D摄像机分别获取一拍摄目标的3D影像；
所述选取模块在一目标3D摄像机的3D影像中选取一拼接点；
所述生成模块根据所述拼接点到目标3D摄像机的镜头的直线距离、目标夹角以及目标3D摄像机与待测3D摄像机的空间位置获取待测3D摄像机的3D影像中所述拼接点的位置，其中，所述目标夹角包括拼接点到目标3D摄像机的镜头的连线与过所述目标3D摄像机的垂线的夹角，所述目标夹角还包括拼接点到目标3D摄像机的镜头的连线与过所述目标3D摄像机、待测3D摄像机的垂线所在平面的夹角。
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