CN111491157A - 一种构建手机3d模型引导图像全面采集的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于图片信息采集的技术领域，涉及一种构建手机3D模型引导图像全面采集的方法；其工艺步骤包括：步骤一：使用手机传感器获取角度数据，步骤二：通过参考获取到的角度数据对图片的拍照角度进行标记计算；步骤三：实时的将标记的拍照位置用手机构建的半圆球形3D模型给与用户以数据反馈：半圆球形3D模型的标记程度表示图像采集程度，当整个半圆球形3D模型标记完成即认定为数据采集完成；所述方法通过在手机中构建3D模型，引导用户对拍照角度进行调整，从而实现精准的对图片信息进行采集，并将每次采集的拍照角度在构建的3D模型中进行标记，保证实物图像信息采集的全面性和高效性。

Description

一种构建手机3D模型引导图像全面采集的方法

技术领域：

本发明属于图片信息采集的技术领域，涉及一种使用手机传感器数据以及3D方式引导用户进行图片信息采集的方法，特别是一种构建手机3D模型引导图像全面采集的方法。

背景技术：

目前，图片信息采集的方式众多，比如通过相机拍摄、摄像机录像、监控设备录像、扫描设备进行扫描或者手机拍照等，使用方便和快捷的主要是通过手机拍照；对于需要细致观察分析的物体，有时需要角度或者全方位进行拍照，但是由于角度多、拍照数量大，难以保证目标物体各个位置的图像都被采集到，某一拍照角度的遗漏都可能对后期图像处理造成难以估量的麻烦，尤其是物体所在位置与图像分析工作点相隔较远的情况或者是物体存在短暂、物体所在位置不方便多次进入等情况，物体角度漏拍将极大增加图像信息分析的代价。

在现有技术中，公开号为CN201310034597.7的中国专利，公开了一种基于移动终端进行目标定位的方法，包括以下步骤：S1，基于摄影测距原理计算得到目标物体与移动终端之间的距离；S2，获取所述移动终端的位置信息以及所述目标物体相对于所述移动终端的方位信息；S3，结合S1得到的所述目标物体与移动终端之间的距离、S2得到的所述移动终端的位置信息以及所述目标物体相对于所述移动终端的方位信息定位所述目标物体的位置信息。公开号为CN201610658483.3的中国专利，公开了一种拍照处理方法，包括：获取拍照所生成的包含有目标图像的第一拍照图像，并从所述第一拍照图像中提取所述目标图像；获取拍照所生成的不包含有所述目标图像的第二拍照图像，并在所述第二拍照图像上标记出与所述目标图像的图像轮廓相同的填充区域，以供在进行图像合成处理时，将提取的所述目标图像填充到所述填充区域。。

总而言之，采用手机拍照对物体进行图像采集的方式越来越普及，当物体外形较复杂，需要多角度或者全方位进行拍摄时，拍摄者很可能对同一角度多次重复拍照或者遗漏某一拍照角度，导致信息采集不全面，在公开的现有技术中，也不存在引导或者辅助拍照者对物体进行全面信息采集的方法或者措施。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有手机拍照图像采集存在的缺点，针对当前手机拍照的图像采集拍摄量大、容易遗漏物体某一区域的不足，设计提供一种构建手机3D模型引导图像全面采集的方法。

为实现上述目的，本发明涉及的一种构建手机3D模型引导图像全面采集的方法，其工艺步骤如下：

步骤一：使用手机传感器获取角度数据，其中角度数据包括指南针水平地磁角度数据以及手机倾斜度数据；

步骤二：在采集图像过程中，通过参考获取到的角度数据对图片的拍照角度进行标记计算，拍照角度包括并不限于拍照倾斜度、指南针水平地磁角度，获得被标记的拍照位置；

步骤三：实时的将标记的拍照位置用手机构建的半圆球形3D模型给与用户以数据反馈：半圆球形3D模型的标记程度表示图像采集程度，当整个半圆球形3D模型标记完成即认定为数据采集完成。

本发明所述步骤一具体过程为：

(1)通过手机传感器获取手机摄像头的指南针水平地磁角度数据，得到0-360角度范围内的水平方向角度数值，用来标记当前拍照的水平方向角度；

(2)使用手机传感器获取手机摄像头的手机倾斜度数据，来标记当前拍照的手机俯仰角；

(3)以手机为圆心将手机所在水平方向的水平地磁角360度圆周平均细分为N份，每一份作为拍照的预期角度；

(4)将手机俯仰角0-90度平均分为M份，每一份作为拍照的预期俯仰角。

本发明所述步骤二具体过程为：

(1)在手机拍照界面中构建半圆球形的3D模型，构建的半圆球形3D模型；利用获取的角度数据结合手机界面交互对用户进行引导；

(2)拍照并且记录用户在每个角度进行拍照的角度数据，并且做为后续数据处理的依据；

(3)将半圆球形3D模型在竖向上进行平均细分拆分为n份，每一份的角度与水平地磁角度细分的N份相对应，即n＝N，将半圆球形3D模型水平进行等距细分拆分为m份，每一份的角度与手机俯仰角拆分的M份相对应，即m＝M；

(4)每次拍照对半圆球形3D模型进行变换，以及在半圆球形3D模型中进行角度标记。

本发明所述利用获取的角度数据结合手机界面交互对用户进行引导的具体过程为：

(1)使用OpenGL代码在手机屏幕中绘制半圆球形3D模型，半圆球形3D模型构建的计算公式为：

设球体上任意一点为(x,y,z)，半圆球形3D模型垂直方向的夹角a∈[0,90]，半圆球形3D模型水平方向的夹角b∈[0,360)，球体半径为R，R为固定值，R是根据手机屏幕宽度尺寸确定的常量，R或为手机屏幕宽度尺寸的1/4-1/2，则：

x＝R×cos(a)×sin(b)

y＝R×sin(a)

z＝R×cos(a)×cos(b)

(2)半圆球形3D模型的视角随手机传感器变动，水平方向上水平地磁角0-360度分别对应半圆球形3D模型的球体中心向外延伸的0-360度，在垂直于水平方向的垂直方向，手机俯仰角0-90度对应半圆球形3D模型的球体垂直方向上从水平模型顶部变换的0-90度，即：半圆球形3D模型的球体水平方向随指南针水平地磁角角度旋转，半圆球形3D模型的球体垂直方向随手机俯仰角进行竖向的翻转；

手机俯仰角度、手机俯仰角度映射到半圆球形3D模型中的球体垂直度对应关系计算公式为：设手机俯仰角度为c，则球体垂直角度：

C＝-90-c

(3)拍照时，手机记录当前水平地磁角度细分M份之后的位置，识别当前地磁角度应对的半圆球形3D模型细分区域为M(x),同时记录拍照时手机俯仰角度细分N份之后的位置，识别当前手机俯仰角对应的半圆球形3D模型细分区域为N(x),并且对M(x),N(x)重叠区域进行变色、贴材质或加壳体进行标记，表示“此部分图片已被采集”。

本发明与现有技术相比，所设计的构建手机3D模型引导图像全面采集的方法步骤完善合理，通过在手机中构建3D模型，将手机传感器获取的实物相对于手机的角度数据映射到3D模型中，引导用户对拍照角度进行调整，从而实现精准的对图片信息进行采集，并将每次采集的拍照角度在构建的3D模型中进行标记，即有效防止了同一角度的重复拍摄，又能够提醒用户存在被遗漏的拍照角度，保证实物图像信息采集的全面性和高效性，对于目前通过手机拍照进行实物模拟和分析的相关领域具有明显的实用价值。

附图说明：

图1为本发明涉及的构建半圆球形的3D模型的示意图。

图2为本发明涉及的将半圆球形3D模型在竖向上平均拆分为n份的示意图。

图3为本发明涉及的将半圆球形3D模型水平进行等距拆分为m份的示意图。

图4为本发明涉及的半圆球形3D模型构建的坐标系的示意图。

图5为本发明涉及的对半圆球形3D模型的M(x),N(x)重叠区域进行标记的示意图。

图6为本发明涉及的手机俯仰角为0度时半圆球形3D模型在手机屏幕中视角的示意图。

图7为本发明涉及的手机俯仰角为60度时半圆球形3D模型在手机屏幕中视角的示意图。

图8为本发明涉及的手机俯仰角为90度时半圆球形3D模型在手机屏幕中视角的示意图。

图9为本发明涉及的在手机俯仰角为60度时对桌面物品进行拍照后半圆球形3D模型被标记的区域状态的示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

本实施例涉及的一种构建手机3D模型引导图像全面采集的方法，其具体工艺步骤如下：

1、使用手机传感器获取角度数据，其中角度数据包括指南针水平地磁角度数据以及手机倾斜度数据；具体为：

(1)通过手机传感器获取手机摄像头的指南针水平地磁角度数据，得到0-360角度范围内的水平方向角度数值，用来标记当前拍照的水平方向角度；

(2)使用手机传感器获取手机摄像头的手机倾斜角度数据(拍照俯仰角，即手机摄像头一侧的手机机身相对于水平面的夹角)，来标记当前拍照的手机俯仰角；

(3)以手机为圆心将手机所在水平方向的水平地磁角360度圆周平均细分为N份，每一份作为拍照的预期角度；

(4)将手机俯仰角(手机倾斜角度，即手机摄像头一侧的手机机身相对于水平面的夹角范围)0-90度平均分为M份，每一份作为拍照的预期俯仰角；

2、在采集图像过程中，通过参考获取到的角度数据对图片的拍照角度进行标记计算，拍照角度包括并不限于拍照倾斜度、水平地磁角度，获得被标记的拍照位置；具体为：

(1)在手机拍照界面中构建半圆球形的3D模型，构建的半圆球形3D模型如图1所示；利用获取的角度数据结合手机界面交互对用户进行引导；

(2)拍照并且记录用户在每个角度进行拍照的角度数据，并且做为后续数据处理的依据；

(3)按照图2表示的方式将半圆球形3D模型在竖向上进行平均细分拆分为n份，每一份的角度与水平地磁角度细分的N份相对应(n＝N)，按照图3表示的方式将半圆球形3D模型水平进行等距细分拆分为m份，每一份的角度与手机俯仰角拆分的M份相对应(m＝M)；

(4)每次拍照对半圆球形3D模型进行变换，以及在半圆球形3D模型中进行角度标记，(图1中的细分线条对应水平地磁角细分角度，图2中的细分线条对应手机仰角的细分角度)；

3、实时的将标记的拍照位置用手机构建的3D模型给与用户以数据反馈：

半圆球形3D模型的标记程度表示图像采集程度，当整个半圆球形3D模型标记完成即认定为数据采集完成。

本实施涉及的利用获取的角度数据结合手机界面交互对用户进行引导的具体过程为：

(1)使用OpenGL代码在手机屏幕中绘制半圆球形3D模型，半圆球形3D模型构建的计算公式为：

如图4所示，设球体上任意一点为(x,y,z)，半圆球形3D模型垂直方向的夹角a∈[0,90]，半圆球形3D模型水平方向的夹角b∈[0,360)，球体半径为R，R为固定值，R是根据手机屏幕宽度尺寸确定的常量，R或为手机屏幕宽度尺寸的1/4-1/2，则：

x＝R×cos(a)×sin(b)

y＝R×sin(a)

z＝R×cos(a)×cos(b)

(2)半圆球形3D模型的视角随手机传感器变动，水平方向上的水平地磁角0-360度分别对应半圆球形3D模型的球体中心向外延伸的0-360度，在垂直于水平方向的垂直方向，手机俯仰角0-90度对应半圆球形3D模型的球体垂直方向上从水平到模型顶部变换的0-90度，即：半圆球形3D模型的球体水平方向随指南针水平地磁角角度旋转，半圆球形3D模型的球体垂直方向随手机俯仰角进行竖向的翻转；

手机俯仰角度、手机俯仰角度映射到半圆球形3D模型中的球体垂直度对应关系计算公式为：设手机俯仰角度为c，则球体垂直角度：

C＝-90-c

(3)如图5所示，拍照时，手机记录当前水平地磁角度细分M份之后的位置，识别当前地磁角度应对的半圆球形3D模型细分区域为M(x),同时记录拍照时手机俯仰角度细分N份之后的位置，识别当前手机俯仰角对应的半圆球形3D模型细分区域为N(x),并且对M(x),N(x)重叠区域进行“如变色、贴材质、加壳体”等不限于一种方式进行标记，表示“此部分图片已被采集”。

本实施例涉及的构建手机3D模型引导图像全面采集的方法，通过将每次采集的拍照角度在构建的3D模型中进行标记，有效防止了同一角度的重复拍摄，保证了图像采集的高效性；并且用户能够及时发现遗漏的拍照角度，保证实物图像信息采集的全面性。

实施例2：

实施例1构建的半圆球形3D模型的视角在拍照角度变化是会随手机传感器变动，如图6所示，手机俯仰角为0度时半圆球形3D模型在手机屏幕中的视角；如图7所示，手机俯仰角为60度时半圆球形3D模型在手机屏幕中的视角；如图8所示，手机俯仰角为90度时半圆球形3D模型在手机屏幕中的视角；如图9所示，在手机俯仰角为60度时使用手机对桌面物品进行拍照后，半圆球形3D模型被进行响应变色标记后的区域状态，通过观察被标记后的半圆球形3D模型可知，在持续多角度拍照过程后，用户很容发现遗漏的拍照角度。

实施例3：

实施例1涉及构建手机3D模型引导图像全面采集的方法，能够应用于3D建模领域，在进行3D建模时，利用实施例1所述方法对被建模对象进行全方位、各个角度的拍照，各个角度的图像采集全面，并将角度数据用于参与建模，有利于3D建模的快速完成，使建立的模型更加贴近实物，建模效果更优；所述构建手机3D模型引导图像全面采集的方法亦能够用于全景照片的拍摄，利用实施例1所述方法对对环境进行全方位、各个角度的图像采集，并且将角度数据一同用于全景图像建模，建模后的全景层次清晰，全面可靠，避免了建模模型存在遗漏之处。

实施例1涉及的构建手机3D模型引导图像全面采集的方法能够增加采集数据的完整性，并且能够保留拍照的地磁角、倾斜度以备后续使用，且在一些3D建模计算等情境中保证了空间的连续性；比如在图像间特征点匹配处理过程中，图像间特征点匹配需要预先指定图像对，一般情况下两张图像是否匹配是未知的，通常做法是暴力匹配，即每张图像和其他所有图像进行特征点匹配，当某个图像对匹配成功的特征点足够多时则认为该图像对是匹配的，由于特征点匹配存在大量误匹配，导致大量图像对误匹配；实施例1所述方法能够计算得到每张图像的视角方向,然后根据视角方向夹角大小筛选初始图像对，初步对图像对筛选可以减少图像间的匹配次数，减少计算量并提高匹配精度。

Claims (4)

1.一种构建手机3D模型引导图像全面采集的方法，其特征在于：工艺步骤如下：

步骤一：使用手机传感器获取角度数据，其中角度数据包括指南针水平地磁角度数据以及手机倾斜度数据；

步骤二：在采集图像过程中，通过参考获取到的角度数据对图片的拍照角度进行标记计算，拍照角度包括并不限于拍照倾斜度、指南针水平地磁角度，获得被标记的拍照位置；

步骤三：实时的将标记的拍照位置用手机构建的半圆球形3D模型给与用户以数据反馈：半圆球形3D模型的标记程度表示图像采集程度，当整个半圆球形3D模型标记完成即认定为数据采集完成。

2.根据权利要求1所述的构建手机3D模型引导图像全面采集的方法，其特征在于：所述步骤一具体过程为：

(1)通过手机传感器获取手机摄像头的指南针水平地磁角度数据，得到0-360角度范围内的水平方向角度数值，用来标记当前拍照的水平方向角度；

(2)使用手机传感器获取手机摄像头的手机倾斜度数据，用来标记当前拍照的手机俯仰角；

(3)以手机为圆心将手机所在水平方向的水平地磁角360度圆周平均细分为N份，每一份作为拍照的预期角度；

(4)将手机俯仰角0-90度平均分为M份，每一份作为拍照的预期俯仰角。

3.根据权利要求2所述的构建手机3D模型引导图像全面采集的方法，其特征在于：所述步骤二具体过程为：

(1)在手机拍照界面中构建半圆球形的3D模型，构建的半圆球形3D模型；利用获取的角度数据结合手机界面交互对用户进行引导；

(2)拍照并且记录用户在每个角度进行拍照的角度数据，并且做为后续数据处理的依据；

(3)将半圆球形3D模型在竖向上进行平均细分拆分为n份，每一份的角度与水平地磁角度细分的N份相对应，即n＝N，将半圆球形3D模型水平进行等距细分拆分为m份，每一份的角度与手机俯仰角拆分的M份相对应，即m＝M；

(4)每次拍照对半圆球形3D模型进行变换，以及在半圆球形3D模型中进行角度标记。

4.根据权利要求3所述的构建手机3D模型引导图像全面采集的方法，其特征在于：所述利用获取的角度数据结合手机界面交互对用户进行引导的具体过程为：

(1)使用OpenGL代码在手机屏幕中绘制半圆球形3D模型，半圆球形3D模型构建的计算公式为：

设球体上任意一点为(x,y,z)，半圆球形3D模型垂直方向的夹角a∈[0,90]，半圆球形3D模型水平方向的夹角b∈[0,360)，球体半径为R，R为固定值，R是根据手机屏幕宽度尺寸确定的常量，R或为手机屏幕宽度尺寸的1/4-1/2，则：

x＝R×cos(a)×sin(b)

y＝R×sin(a)

z＝R×cos(a)×cos(b)；

(2)半圆球形3D模型的视角随手机传感器变动，水平方向上水平地磁角0-360度分别对应半圆球形3D模型的球体中心向外延伸的0-360度，在垂直于水平方向的垂直方向，手机俯仰角0-90度对应半圆球形3D模型的球体垂直方向上从水平到模型顶部变换的0-90度，即：半圆球形3D模型的球体水平方向随指南针水平地磁角角度旋转，半圆球形3D模型的球体垂直方向随手机俯仰角进行竖向的翻转；

手机俯仰角度、手机俯仰角度映射到半圆球形3D模型中的球体垂直度对应关系计算公式为：设手机俯仰角度为c，则球体垂直角度：

C＝-90-c；

(3)拍照时，手机记录当前水平地磁角度细分M份之后的位置，识别当前地磁角度应对的半圆球形3D模型细分区域为M(x),同时记录拍照时手机俯仰角度细分N份之后的位置，识别当前手机俯仰角对应的半圆球形3D模型细分区域为N(x),并且对M(x),N(x)重叠区域进行变色、贴材质或加壳体进行标记，表示“此部分图片已被采集”。

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