一种Volume重建范围的扩展方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及三维重建技术领域，提供一种Volume重建范围的扩展方法及系统，所述方法包括下述步骤：在GPU显存中申请一个空的Volume，控制Volume计数器加一，并对空的Volume进行初始化操作；对相机的移动进行跟踪，获取相机当前的位姿参数，根据相机的位姿参数判断相机的移动，以此判定执行切换Volume或重建Volume的动作，从而实现在保持重建速度和重建精度的前提下，有效对重建范围进行扩展，而且在来回切换场景时，无需Volume重建，提高了系统的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及三维重建
，具体为一种Volume重建范围的扩展方法及系统。
技术介绍
Kinect可以实时获得距离传感器、彩色摄影机的原始数据流，并提供较高精度的深度数据和较高清晰度的彩色图像数据，因此在三维场景重建及增强现实等领域有广泛应用。目前有较多在三维场景重建的算法和方案，例如：微软研究院开发的KinectFusion项目，利用kinect获得实时深度图，将TSDF和权重数据存储在Volume中，并存储于GPU显存中，但是，该算法的Volume位置是固定的，位于第一帧相机所在位置的正前方，且重建的空间区域有限，如果要扩大重建区域，需降低Volume的分辨率或者增大体素所代表的长度，但会导致重建的点云稀疏，重建质量下降；HenryRoth等人提出一种MovingVolume的算法，其过程为：重新映射两个Volume重合的区域使得新的Volume在开始阶段就拥有了部分TSDF值，让后续帧能够快速匹配上，因此GPU显存中保存了两倍的Volume空间，Volume的位置跟随相机位置发生移动，扩大了重建区域，但是，Volume之间的数据重新影射需要较多时间；ZengM等人在使用了八叉树(Octree)数据结构来节省显存空间的使用，仅用一个Voxel来表示一整片连续的空的区域，此方法与VoxelHashing一样，都设计了巧妙的数据结构，希望充分利用有限的显存空间，从而扩展重建范围。综上可知，上述各个方法算法在扩展重建范围和提高重建精度与速度的能力仍然是有限的。
技术实现思路
为了克服上述所指出的现有技术的缺陷，本专利技术人对此进行了深入研究，在付出了大量创造性劳动后，从而完成了本专利技术。具体而言，本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种Volume重建范围的扩展方法，以解决上述现有的重建范围的扩展算法在扩展重建范围和提高重建精度与速度的能力仍然是有限的的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种Volume重建范围的扩展方法，所述方法包括下述步骤：在GPU显存中申请一个空的Volume，控制Volume计数器加一，并对空的Volume进行初始化操作；对相机的移动进行跟踪，获取相机当前的位姿参数，并判断相机当前的位姿参数是否在当前Volume所对应的位姿阈值参数范围内；当相机当前的位姿参数在当前Volume所对应的位姿阈值参数范围内时，则执行场景重建的动作；当相机当前的位姿参数不在当前Volume所对应的位姿阈值参数范围内时，则判断相机当前的位姿参数是否在其他已申请的Volume所对应的位姿阈值范围内；当相机当前的位姿参数在其他已申请的所对应的位姿阈值范围内时，则切换到对应的Volume上，并执行所述场景重建的动作的步骤；当相机当前的位姿参数不在其他已申请的所对应的位姿阈值范围内时，则根据Volume计数器的累加结果判断当前已申请的Volume的数量是否大于预设值；当当前已申请的Volume的数量大于等于预设值时，则结束Volume重建范围的扩展；当当前已申请的Volume的数量小于预设值时，则返回执行所述在GPU显存中申请一个空的Volume的步骤。作为一种改进的方案，所述对空的Volume进行初始化操作的步骤具体包括下述步骤：在GPU显存中申请512M的显存空间，将512M的显存空间划分为512×512×512个体素；对重建区域内的每一个体素进行扫描操作，所述第一个Volume位于所述相机第一帧的正前方。作为一种改进的方案，所述对相机的移动进行跟踪，获取相机当前的位姿参数的步骤具体包括下述步骤：当所述相机每集成一帧新的深度图，计算相机移动的增量；则根据所述相机第一帧对应的位姿参数以及计算得到的相机移动的增量，计算相机当前的位姿参数。作为一种改进的方案，所述位姿参数包括相机的旋转角度和平移分量。作为一种改进的方案，所述Volume的数量的预设值为四个。本专利技术的另一目的在于提供一种Volume重建范围的扩展系统，所述系统包括：Volume申请模块，用于在GPU显存中申请一个空的Volume；计数模块，用于在所述Volume申请模块执行申请动作时，控制Volume计数器加一；初始化模块，用于对所述Volume申请模块申请的空的Volume进行初始化操作；相机跟踪模块，用于对相机的移动进行跟踪，获取相机当前的位姿参数；第一判断模块，用于判断相机当前的位姿参数是否在当前Volume所对应的位姿阈值参数范围内；场景重建模块，用于当相机当前的位姿参数在当前Volume所对应的位姿阈值参数范围内时，则执行场景重建的动作；第二判断模块，用于当相机当前的位姿参数不在当前Volume所对应的位姿阈值参数范围内时，则判断相机当前的位姿参数是否在其他已申请的Volume所对应的位姿阈值范围内；Volume切换模块，用于当相机当前的位姿参数在其他已申请的所对应的位姿阈值范围内时，则切换到对应的Volume上，所述场景重建模块执行所述场景重建的动作的步骤；第三判断模块，用于当相机当前的位姿参数不在其他已申请的所对应的位姿阈值范围内时，则根据Volume计数器的累加结果判断当前已申请的Volume的数量是否大于预设值；结束模块，用于当当前已申请的Volume的数量大于等于预设值时，则结束Volume重建范围的扩展；当当前已申请的Volume的数量小于预设值时，则返回Volume申请模块执行所述在GPU显存中申请一个空的Volume的步骤。作为一种改进的方案，所述初始化模块具体包括：显存空间申请模块，用于在GPU显存中申请512M的显存空间，将512M的显存空间划分为512×512×512个体素；体素扫描模块，用于对重建区域内的每一个体素进行扫描操作，所述第一个Volume位于所述相机第一帧的正前方。作为一种改进的方案，所述相机跟踪模块具体包括：移动增量计算模块，用于当所述相机每集成一帧新的深度图，计算相机移动的增量；位姿计算模块，用于则根据所述相机第一帧对应的位姿参数以及计算得到的相机移动的增量，计算相机当前的位姿参数。作为一种改进的方案，所述位姿参数包括相机的旋转角度和平移分量。作为一种改进的方案，所述Volume的数量的预设值为四个。采用了上述技术方案后，本专利技术的有益效果是：在GPU显存中申请一个空的Volume，控制Volume计数器加一，并对空的Volume进行初始化操作；对相机的移动进行跟踪，获取相机当前的位姿参数，根据相机的位姿参数判断相机的移动，以此判定执行切换Volume或重建Volume的动作，从而实现在保持重建速度和重建精度的前提下，有效对重建范围进行扩展，而且在来回切换场景时，无需Volume重建，提高了系统的稳定性。附图说明图1是本专利技术提供的Volume重建范围的扩展方法的实现流程图；图2是本专利技术提供的Volume重建范围的扩展系统的结构框图。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术进一步说明。但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本专利技术，并非对本专利技术的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本专利技术的保护范围局限于此。图1示出了本专利技术提供的Volume重建范围的扩展方法的实现流程图，其具体包括下述步骤：在步骤S101中，在GPU显存中申请一个空的Volume，控制Volume计数器加一，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Volume重建范围的扩展方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：在GPU显存中申请一个空的Volume，控制Volume计数器加一，并对空的Volume进行初始化操作；对相机的移动进行跟踪，获取相机当前的位姿参数，并判断相机当前的位姿参数是否在当前Volume所对应的位姿阈值参数范围内；当相机当前的位姿参数在当前Volume所对应的位姿阈值参数范围内时，则执行场景重建的动作；当相机当前的位姿参数不在当前Volume所对应的位姿阈值参数范围内时，则判断相机当前的位姿参数是否在其他已申请的Volume所对应的位姿阈值范围内；当相机当前的位姿参数在其他已申请的所对应的位姿阈值范围内时，则切换到对应的Volume上，并执行所述场景重建的动作的步骤；当相机当前的位姿参数不在其他已申请的所对应的位姿阈值范围内时，则根据Volume计数器的累加结果判断当前已申请的Volume的数量是否大于预设值；当当前已申请的Volume的数量大于等于预设值时，则结束Volume重建范围的扩展；当当前已申请的Volume的数量小于预设值时，则返回执行所述在GPU显存中申请一个空的Volume的步骤。

【技术特征摘要】
1.一种Volume重建范围的扩展方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：在GPU显存中申请一个空的Volume，控制Volume计数器加一，并对空的Volume进行初始化操作；对相机的移动进行跟踪，获取相机当前的位姿参数，并判断相机当前的位姿参数是否在当前Volume所对应的位姿阈值参数范围内；当相机当前的位姿参数在当前Volume所对应的位姿阈值参数范围内时，则执行场景重建的动作；当相机当前的位姿参数不在当前Volume所对应的位姿阈值参数范围内时，则判断相机当前的位姿参数是否在其他已申请的Volume所对应的位姿阈值范围内；当相机当前的位姿参数在其他已申请的所对应的位姿阈值范围内时，则切换到对应的Volume上，并执行所述场景重建的动作的步骤；当相机当前的位姿参数不在其他已申请的所对应的位姿阈值范围内时，则根据Volume计数器的累加结果判断当前已申请的Volume的数量是否大于预设值；当当前已申请的Volume的数量大于等于预设值时，则结束Volume重建范围的扩展；当当前已申请的Volume的数量小于预设值时，则返回执行所述在GPU显存中申请一个空的Volume的步骤。2.根据权利要求1所述的Volume重建范围的扩展方法，其特征在于，所述对空的Volume进行初始化操作的步骤具体包括下述步骤：在GPU显存中申请512M的显存空间，将512M的显存空间划分为512×512×512个体素；对重建区域内的每一个体素进行扫描操作，所述第一个Volume位于所述相机第一帧的正前方。3.根据权利要求1所述的Volume重建范围的扩展方法，其特征在于，所述对相机的移动进行跟踪，获取相机当前的位姿参数的步骤具体包括下述步骤：当所述相机每集成一帧新的深度图，计算相机移动的增量；则根据所述相机第一帧对应的位姿参数以及计算得到的相机移动的增量，计算相机当前的位姿参数。4.根据权利要求1所述的Volume重建范围的扩展方法，其特征在于，所述位姿参数包括相机的旋转角度和平移分量。5.根据权利要求1所述的Volume重建范围的扩展方法，其特征在于，所述Volume的数量的预设值为四个。6.一种Volume重建范围的扩展系统，其特征在于，所述系统包括：Volume申请模块，用于在GPU显存中申请一个空的Volume；计数模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：段利亚，王鑫，袁健，华志励，周忠海，郭风祥，李磊，
申请(专利权)人：山东省科学院海洋仪器仪表研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37