三维重建对象的方法和设备技术

本发明专利技术公开了一种三维重建对象的方法和设备。该三维重建对象的方法包括：获得三维空间中体素的初始局部截断有向距离函数TSDF值；求解最优化问题，以得到体素的一个全局TSDF值；以及基于所得到的全局TSDF值，三维重建所述对象；其中，在所述最优化问题中，一个体素的全局TSDF值基于该体素的最终局部TSDF值得到，一个体素的最终局部TSDF值等于该体素经非刚性变换对应的体素的初始局部TSDF值，变量是体素的全局TSDF值和非刚性变换的参数，代价函数与下列因素相关：特定体素的全局TSDF值与该体素经非刚性变换对应的体素的初始局部TSDF值的差的平方和、特定体素经历的非刚性变换的偏移度量的总和。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及三维成像领域。具体而言，本专利技术涉及一种能够准确地进行对象的三维重建的方法和设备。
技术介绍
近年来，随着三维成像技术的发展，涌现了很多相关的应用，如增强现实、数字博物馆、三维打印等等。三维成像技术的重要方面是三维重建技术。主流的三维重建方法基于一组深度图像来重建三维对象。传统的三维重建方法主要关注于如何更加准确地对相机的参数进行估计，例如引入了变形信息用以估计相机的失真。但是，传统的三维重建方法，在计算全局TSDF(截断有向距离函数，TruncatedSignedDistanceFunction)表征时，只是简单地对所有的局部TSDF表征进行算术平均，没有充分挖掘局部TSDF表征与全局TSDF表征之间的关系。由于仅依靠改进对相机参数的估计来提升三维重建的效果，所以传统的三维重建方法的效果改善有限，三维重建对象的准确度有待进一步提高。因此，期望一种三维重建对象的方法和设备，其能够准确地进行对象的三维重建。
技术实现思路
在下文中给出了关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。本专利技术的目的是针对现有技术的上述问题，提出了一种侧重于挖掘局部TSDF表征与全局TSDF表征之间的关系的三维重建对象的方法和设备。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种对象的三维重建方法，包括：获得三维空间中体素的初始局部截断有向距离函数TSDF值；求解最优化问题，以得到体素的一个全局TSDF值；以及基于所得到的全局TSDF值，三维重建所述对象；其中，在所述最优化问题中，一个体素的全局TSDF值基于该体素的最终局部TSDF值得到，一个体素的最终局部TSDF值等于该体素经非刚性变换对应的体素的初始局部TSDF值，变量是体素的全局TSDF值和非刚性变换的参数，代价函数与下列因素相关：特定体素的全局TSDF值与该体素经非刚性变换对应的体素的初始局部TSDF值的差的平方和、特定体素经历的非刚性变换的偏移度量的总和。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种对象的三维重建设备，包括：获得装置，被配置为：获得三维空间中体素的初始局部截断有向距离函数TSDF值；求解装置，被配置为：求解最优化问题，以得到体素的一个全局TSDF值；以及重建装置，被配置为：基于所得到的全局TSDF值，三维重建所述对象；其中，在所述最优化问题中，一个体素的全局TSDF值基于该体素的最终局部TSDF值得到，一个体素的最终局部TSDF值等于该体素经非刚性变换对应的体素的初始局部TSDF值，变量是体素的全局TSDF值和非刚性变换的参数，代价函数与下列因素相关：特定体素的全局TSDF值与该体素经非刚性变换对应的体素的初始局部TSDF值的差的平方和、特定体素经历的非刚性变换的偏移度量的总和。另外，根据本专利技术的另一方面，还提供了一种存储介质。所述存储介质包括机器可读的程序代码，当在信息处理设备上执行所述程序代码时，所述程序代码使得所述信息处理设备执行根据本专利技术的上述方法。此外，根据本专利技术的再一方面，还提供了一种程序产品。所述程序产品包括机器可执行的指令，当在信息处理设备上执行所述指令时，所述指令使得所述信息处理设备执行根据本专利技术的上述方法。附图说明参照下面结合附图对本专利技术的实施例的说明，会更加容易地理解本专利技术的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本专利技术的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。附图中：图1示出了根据本专利技术的实施例的三维重建对象方法的流程图；图2示出了根据本专利技术的实施例的获得初始局部TSDF方法的流程图；图3示出了根据本专利技术的实施例的计算初始局部TSDF方法的流程图；图4示出了根据本专利技术的实施例的三维重建对象的设备的结构方框图；以及图5示出了可用于实施根据本专利技术的实施例的方法和设备的计算机的示意性框图。具体实施方式在下文中将结合附图对本专利技术的示范性实施例进行详细描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施方式的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与根据本专利技术的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本专利技术关系不大的其他细节。另外，还需要指出的是，在本专利技术的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。下面将参照图1描述根据本专利技术的实施例的对象的三维重建方法的流程。图1示出了根据本专利技术的实施例的三维重建对象方法的流程图。如图1所示，根据本专利技术的实施例的三维重建对象方法包括如下步骤：获得三维空间中体素的初始局部截断有向距离函数TSDF值(步骤S1)；求解最优化问题，以得到体素的一个全局TSDF值(步骤S2)；以及基于所得到的全局TSDF值，三维重建所述对象(步骤S3)；其中，在所述最优化问题中，一个体素的全局TSDF值基于该体素的最终局部TSDF值得到，一个体素的最终局部TSDF值等于该体素经非刚性变换对应的体素的初始局部TSDF值，变量是体素的全局TSDF值和非刚性变换的参数，代价函数与下列因素相关：特定体素的全局TSDF值与该体素经非刚性变换对应的体素的初始局部TSDF值的差的平方和、特定体素经历的非刚性变换的偏移度量的总和。在步骤S1中，获得三维空间中体素的初始局部截断有向距离函数TSDF值。具体地说，三维空间被均匀地划分为若干体素，可以认为体素是三维空间的基本单元。由于基于一组深度图来重建三维对象，所以三维重建对象方法的输入是一组深度图。这组深度图是由多个相机拍摄得到的，每个相机对应于一个深度图。又由于输入不包括相机的参数，所以需要基于深度图来估计对应的相机的参数，并进而得到相关体素的初始局部TSDF值。另外，此处应注意在本文中提到的“多个相机”包括处于不同的位置和朝向的物理上的多个相机的情况，也包括同一个相机通过调整位置和/或朝向而形成逻辑上的多个相机的情况，还包括上述两种情况混合的情况。体素的初始局部TSDF值被定义为基于相机参数在三维空间计算出的体素相对于相机的深度与深度图中该体素对应位置的深度之间的有向距离经截断后的结果。将这样的TSDF值称为初始局部TSDF值。从以上定义可知，一个体素相对于一个相机可以计算出一个上述定义的有向距离，一个体素相对于多个相机可以计算出多个上述定义的有向距离，每个有向距离对应于一个相机。有向距离由于要经过截断操作，所以一个体素可能对应于一个或多个初始局部TSDF值，一个体素对应的初始局部TSDF值的上限是相机/深度图的个数。经截断本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对象的三维重建方法，包括：获得三维空间中体素的初始局部截断有向距离函数TSDF值；求解最优化问题，以得到体素的一个全局TSDF值；以及基于所得到的全局TSDF值，三维重建所述对象；其中，在所述最优化问题中，一个体素的全局TSDF值基于该体素的最终局部TSDF值得到，一个体素的最终局部TSDF值等于该体素经非刚性变换对应的体素的初始局部TSDF值，变量是体素的全局TSDF值和非刚性变换的参数，代价函数与下列因素相关：特定体素的全局TSDF值与该体素经非刚性变换对应的体素的初始局部TSDF值的差的平方和、特定体素经历的非刚性变换的偏移度量的总和。

【技术特征摘要】
1.一种对象的三维重建方法，包括：获得三维空间中体素的初始局部截断有向距离函数TSDF值；求解最优化问题，以得到体素的一个全局TSDF值；以及基于所得到的全局TSDF值，三维重建所述对象；其中，在所述最优化问题中，一个体素的全局TSDF值基于该体素的最终局部TSDF值得到，一个体素的最终局部TSDF值等于该体素经非刚性变换对应的体素的初始局部TSDF值，变量是体素的全局TSDF值和非刚性变换的参数，代价函数与下列因素相关：特定体素的全局TSDF值与该体素经非刚性变换对应的体素的初始局部TSDF值的差的平方和、特定体素经历的非刚性变换的偏移度量的总和。2.如权利要求1所述的方法，其中，获得三维空间中体素的初始局部截断有向距离函数TSDF值包括：估计多个相机中的每一个相机的相机参数；基于所估计的相机参数，计算体素的一个或多个初始局部TSDF值；将计算得到的体素的初始局部TSDF值归一化。3.如权利要求2所述的方法，其中，体素的初始局部TSDF值的绝对值小于或等于特定阈值，该特定阈值属于(0,1)。4.如权利要求3所述的方法，其中，特定体素是符合特定阈值条件的所有体素采样后得到的采样体素。5.如权利要求2所述的方法，其中，计算得到的体素的初始局部TSDF值对应于所述多个相机中的一个相机关联的坐标系；获得三维空间中体素的初始局部截断有向距离函数TSDF值还包括：将计算得到的体素的初始局部TSDF值转换到同一坐标系中。6.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李斐，刘汝杰，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP