基于单相机的三维重建方法、装置及系统制造方法及图纸

技术编号:20093445 阅读:25 留言:0更新日期:2019-01-15 12:41
本发明专利技术提供一种基于单相机的三维重建方法、装置及系统,涉及三维重建技术领域,其中,基于单相机的三维重建方法包括:获取单目系统的系统参数,单目系统包括投影仪和相机;根据系统参数,对投影仪所投影的条纹进行校正,以使投影仪投影校正后的第一相移图;接收通过相机所采集的由第一相移图经过待扫描物体调制得到的第二相移图;对第二相移图进行相位解调、相位解包裹、高度映射处理,得到深度图;根据深度图对待扫描物体进行三维重建。本发明专利技术通过获取标定的单目系统的系统参数,对周期条纹进行校正,以使后续通过高度映射得到高精度的高度值,解决现有技术中相机景深小且高度方向上无法满足高精度要求的问题。

Three-Dimensional Reconstruction Method, Device and System Based on Single Camera

The invention provides a three-dimensional reconstruction method, device and system based on a single camera, which relates to the technical field of three-dimensional reconstruction. The three-dimensional reconstruction method based on a single camera includes acquiring the system parameters of a monocular system, which includes a projector and a camera, and correcting the fringes projected by a projector according to the system parameters so as to make the first phase corrected by the projector projection. Shift image; receive the second phase-shift image obtained by the first phase-shift image modulated by the object to be scanned collected by the camera; process the second phase-shift image with phase demodulation, phase unwrapping and height mapping to get the depth map; and reconstruct the scanned object according to the depth map. By acquiring the system parameters of the calibrated monocular system and correcting the periodic fringes, the high-precision height value can be obtained by subsequent height mapping, thus solving the problem that the camera depth of field in the prior art is small and the height direction can not meet the high-precision requirements.

【技术实现步骤摘要】
基于单相机的三维重建方法、装置及系统
本专利技术涉及三维重建
,尤其是涉及一种基于单相机的三维重建方法、装置及系统。
技术介绍
三维重建是指对三维物体建立适合计算机表示和处理的数学模型,是在计算机环境下对其进行处理、操作和分析其性质的基础,也是在计算机中建立表达客观世界的虚拟现实的关键技术。在计算机视觉中,三维重建是指根据单视图或者多视图的图像重建三维信息的过程。由于单视频的信息不完全,因此三维重建需要利用经验知识。而多视图的三维重建(类似人的双目定位)相对比较容易,其方法是先对摄像机进行标定,即计算出摄像机的图象坐标系与世界坐标系的关系,然后利用多个二维图象中的信息重建出三维信息。现有的三维重建过程中,单目系统主要由相机和投影仪组成,投影仪主要是投射相移图,相机主要是采集经物体表面调制的相移图。系统结构是投影仪倾斜放置、相机竖直放置,导致投影仪投射等周期条纹后,相机拍到的条纹不等宽,导致三维重建中相机景深小且高度方向上无法满足高精度要求。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术的目的在于提供一种基于单相机的三维重建方法、装置及系统,能够解决现有技术中相机景深小且高度方向上无法满足高精度要求的问题。第一方面,本专利技术实施例提供了一种基于单相机的三维重建方法,包括:获取单目系统的系统参数;单目系统包括投影仪和相机;根据系统参数,对投影仪所投影的条纹进行校正,以使投影仪投影校正后的第一相移图;接收通过相机所采集的由第一相移图经过待扫描物体调制得到的第二相移图;对第二相移图进行相位解调、相位解包裹、高度映射处理,得到深度图;根据深度图对待扫描物体进行三维重建。结合第一方面,本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式,其中,获取单目系统的系统参数,包括:获取由投影仪对一副固定模式的图像进行投影所得到的多组点对坐标(x,y);将多组点对坐标(x,y)代入第一预设公式,计算得到系统参数;系统参数包括:投影光轴与参考平面法线的夹角θ、投影光心到参考平面的距离L以及投影系统的等效焦距d。结合第一方面,本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式,其中,根据系统参数,对投影仪所投影的条纹进行校正,包括:通过投影仪生成等周期的正弦图;根据系统参数,确定坐标x和坐标y之间的关系;基于坐标x和坐标y之间的关系,对等周期的正弦图进行变换,得到校正后的相移图,作为第一相移图。结合第一方面,本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式,其中,对第二相移图进行相位解调、相位解包裹、高度映射处理,得到深度图,包括:根据第二预设公式对第二相移图进行相位解调处理,得到主相位;对主相位进行相位解包裹处理,得到展开相位;根据展开相位及第三预设公式,计算得到物体表面的高度值,将高度值的集合作为深度图。结合第一方面,本专利技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式,其中,根据第二预设公式对第二相移图进行相位解调处理,得到主相位,包括:根据第二相移图及第二预设公式,计算点对坐标(x,y)对应的光栅条纹的调制相位将调制相位作为主相位。结合第一方面,本专利技术实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式,其中,对主相位进行相位解包裹处理,得到展开相位,包括:基于主相位,构造泊松方程;利用离散傅里叶变换求解泊松方程得到解包裹之后的展开相位。结合第一方面,本专利技术实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式,其中,根据深度图对待扫描物体进行三维重建,包括:基于深度图,得到物体的三维点云;三维点云的三维坐标对应于多组点对坐标及其对应的高度值;根据三维点云,进行待扫描物体的三维重建。第二方面,本专利技术实施例还提供一种基于单相机的三维重建装置,包括:参数获取模块,用于获取单目系统的系统参数;单目系统包括投影仪和相机;条纹校正模块,用于根据系统参数,对投影仪所投影的条纹进行校正,以使投影仪投影校正后的第一相移图;相移图接收模块,用于接收通过相机所采集的由第一相移图经过待扫描物体调制得到的第二相移图;深度图获取模块,用于对第二相移图进行相位解调、相位解包裹、高度映射处理,得到深度图;三维重建模块,用于根据深度图对待扫描物体进行三维重建。第三方面,本专利技术实施例还提供一种基于单相机的三维重建系统,包括:服务器及单目系统;单目系统包括:投影仪及相机;服务器上安装有如第二方面所述的基于单相机的三维重建装置;服务器与单目系统通信连接。第四方面,本专利技术实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质,程序代码使处理器执行第一方面所述的方法。本专利技术实施例带来了以下有益效果:本专利技术实施例提供的基于单相机的三维重建方法,首先获取单目系统的系统参数,该单目系统包括投影仪和相机;根据系统参数,对投影仪所投影的条纹进行校正,以使投影仪投影校正后的第一相移图;接收通过相机所采集的由第一相移图经过待扫描物体调制得到的第二相移图;对第二相移图进行相位解调、相位解包裹、高度映射处理,得到深度图;根据深度图对待扫描物体进行三维重建。本专利技术通过获取标定的单目系统的系统参数,对周期条纹进行校正,以使后续通过高度映射得到高精度的高度值,解决现有技术中相机景深小且高度方向上无法满足高精度要求的问题,且上述标定方法相比于其他方法简单易行,降低了标定难度和复杂度,提高了效率。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附附图,作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例一提供的一种基于单相机的三维重建方法的流程图;图2为本专利技术实施例一提供的一种基于单相机的三维重建方法中单目系统示意图;图3为本专利技术实施例一提供的一种基于单相机的三维重建方法中投影坐标图;图4为本专利技术实施例一提供的另一种基于单相机的三维重建方法的流程图;图5为本专利技术实施例一提供的一种基于单相机的三维重建方法中棋盘格中坐标示意图;图6为本专利技术实施例一提供的另一种基于单相机的三维重建方法的流程图;图7为本专利技术实施例一提供的一种基于单相机的三维重建方法中投影仪投影的第一相移图。图8为本专利技术实施例一提供的一种基于单相机的三维重建方法中相机采集的第二相移图;图9为本专利技术实施例一提供的另一种基于单相机的三维重建方法的流程图;图10为本专利技术实施例一提供的一种基于单相机的三维重建方法中相位展开示意图;图11为本专利技术实施例一提供的一种基于单相机的三维重建方法中高度映射示意图;图12为本专利技术实施例二提供的一种基于单相机的三维重建装置的结构示意图;图13为本专利技术实施例三提供的一种基于单相机的三维重建方法的流程图系统的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本专利技术一部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单相机的三维重建方法,其特征在于,包括:获取单目系统的系统参数;所述单目系统包括投影仪和相机;根据所述系统参数,对所述投影仪所投影的条纹进行校正,以使所述投影仪投影校正后的第一相移图;接收通过所述相机所采集的由所述第一相移图经过待扫描物体调制得到的第二相移图;对所述第二相移图进行相位解调、相位解包裹、高度映射处理,得到深度图;根据所述深度图对所述待扫描物体进行三维重建。

【技术特征摘要】
1.一种基于单相机的三维重建方法,其特征在于,包括:获取单目系统的系统参数;所述单目系统包括投影仪和相机;根据所述系统参数,对所述投影仪所投影的条纹进行校正,以使所述投影仪投影校正后的第一相移图;接收通过所述相机所采集的由所述第一相移图经过待扫描物体调制得到的第二相移图;对所述第二相移图进行相位解调、相位解包裹、高度映射处理,得到深度图;根据所述深度图对所述待扫描物体进行三维重建。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述获取单目系统的系统参数,包括:获取由所述投影仪对一副固定模式的图像进行投影所得到的多组点对坐标(x,y);将所述多组点对坐标(x,y)代入第一预设公式,计算得到所述系统参数;所述系统参数包括:投影光轴与参考平面法线的夹角θ、投影光心到参考平面的距离L以及投影系统的等效焦距d。3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述系统参数,对所述投影仪所投影的条纹进行校正,包括:通过所述投影仪生成等周期的正弦图;根据所述系统参数,确定坐标x和坐标y之间的关系;基于所述坐标x和坐标y之间的关系,对所述等周期的正弦图进行变换,得到校正后的相移图,作为所述第一相移图。4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述对所述第二相移图进行相位解调、相位解包裹、高度映射处理,得到深度图,包括:根据第二预设公式对所述第二相移图进行相位解调处理,得到主相位;对所述主相位进行相位解包裹处理,得到展开相位;根据所述展开相位及第三预设公式,计算得到物体表面的高度值,将所述高度值的集合作为所述深度图。5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述根据第二预设公式对所述第二相移图进...

【专利技术属性】
技术研发人员:旷雅唯江山王博杨
申请(专利权)人:博众精工科技股份有限公司
类型:发明
国别省市:江苏,32

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