三维重建装置及设备制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种三维重建装置及设备，三维重建装置包括：第一标定模块、第二标定模块、采集模块、第一获取模块、第二获取模块以及输出模块。实施本实用新型专利技术的技术方案可以采用近距离点光源模型，使得整个系统结构紧凑，且适用于具有多反射率的目标。

【技术实现步骤摘要】
三维重建装置及设备
本技术涉及光学三维测量领域，尤其涉及一种三维重建装置及设备。
技术介绍
三维重建技术在三维建模、逆向工程、3D打印、人体测量、人机交互、电影和动画制作等方面具有广泛的应用。近年来，廉价的三维成像传感器(如Kinect)使得3D数据获取的成本大大降低。但这些廉价的传感器精度很有限，不能直接得到高精度的重建。现有技术中的三维重建装置一般可以采用经典的光度立体视觉方法利用同一个相机拍摄的3张不同光照条件下的图像，可以计算出目标的表面法线方向。光度立体视觉方法能够很好地重建目标表面的高频细节，但容易出现低频的畸变。光度立体视觉方法大部分还处于实验室研究阶段，对使用的条件要求非常严格。在已经通过其他方法获得目标表面几何的情况下，通过与光度立体视觉得到的法向场融合，可以得到更高精度的表面重建。在这些装置中，基于点光源的系统，具有紧凑的结构，但通常需要采用专门的标定装置(如反光球)精确标定点光源的参数。假设光源为平行光的系统，可以实现光源自标定，但为了获得平行光，光源必须放置在远离目标的地方，这就导致整个重建系统结构不紧凑。有的装置采用的方法是假设目标表面具有均匀的反射率，对具有均匀反射率的目标重建效果很好，但不适用于具有多反射率的目标。而在实际应用环境中，具有多反射率的目标是很常见的。
技术实现思路
本技术实施例提供了一种三维重建装置及设备，能够采用近距离点光源模型，使得三维重建系统结构紧凑，且适用于具有多反射率的目标。本技术实施例第一方面提供了一种三维重建装置，包括：第一标定模块，用于标定两个近红外相机的内部参数以及外部参数；第二标定模块，用于根据所述第一标定模块标定的两个近红外相机的内部参数以及外部参数，标定至少三个LED点光源的参数；采集模块，用于按照预设的时序采集近红外光斑发生器照明的散斑图像以及至少三张LED点光源照明的图像；第一获取模块，用于根据所述采集模块采集的所述近红外光斑发生器照明的散斑图像，获取初始深度图；第二获取模块，用于根据所述第二标定模块标定的所述至少三个LED点光源的参数以及所述采集模块采集的所述至少三张LED点光源照明的图像，获取目标表面的法线方向；输出模块，用于融合所述第一获取模块获取的所述初始深度图以及所述第二获取模块获取的所述目标表面的法线方向，输出目标深度图。结合本技术实施例第一方面，在本技术实施例第一方面的第一种实现方式中，所述LED点光源的参数包括：所述LED点光源的位置以及亮度；所述第二标定模块，用于根据所述两个近红外相机的内部参数以及外部参数，分别标定每一个LED点光源的参数；其中，所述第二标定模块，包括：初始深度图获取单元，用于根据近红外光斑发生器照明的散斑图像获取初始深度图D0；噪声抑制单元，用于对所述初始深度图D0进行双边滤波，得到D0'；位置初值获取单元，用于根据所述LED点光源在相机坐标系中的位置，获得所述LED点光源位置的估算初值s0；生成单元，用于根据所述D0'以及所述两个近红外参数的内部参数以及外部参数，生成目标的初始点云xi和法线方向ni；亮度初值获取单元，根据所述s0、xi和ni，由计算公式可得出光源亮度的初值E0；其中，所述计算公式为：所述oi为图像的灰度；标定单元，用于以所述s0以及所述E0为初值，由非线性最小二乘优化得到所述LED点光源的位值和亮度。在一种可能的实现方式中，所述目标具有均匀的反射率，即所述ρi＝1。结合本技术实施例第一方面，在本技术实施例第一方面的第二种实现方式中，所述采集模块包括：第一采集单元，用于打开近红外光斑发生器，采用所述两个近红外相机采集所述近红外光斑发生器照明的散斑图像；第二采集单元，用于关闭所述近红外光斑发生器，依次点亮所述至少三个LED点光源，采用所述两个近红外相机中的一个近红外相机采集每个LED点光源照明的图像。结合本技术实施例第一方面的第一种实现方式，在本技术实施例第一方面的第三种实现方式中，所述第二获取模块包括：获取单元，用于根据所述至少三个LED点光源的位置、亮度以及所述至少三张LED点光源照明的图像的灰度值，获取目标表面上三维点处的法线方向以及反射率。结合本技术实施例第一方面，在本技术实施例第一方面的第四种实现方式中，所述内部参数包括以下至少一种：镜头焦距、主点、畸变系数；所述外部参数包括以下至少一种：两个相机坐标系之间的旋转矩阵、平移向量。本技术实施例第二方面提供了一种三维重建设备，包括：两个近红外相机、至少三个LED点光源、近红外光斑发生器、存储器以及处理器；所述存储器用于存储程序指令；所述处理器用于调用所述存储器中的程序指令并执行：标定所述两个近红外相机的内部参数以及外部参数；根据所述两个近红外相机的内部参数以及外部参数，标定所述至少三个LED点光源的参数；按照预设的时序采集所述近红外光斑发生器照明的散斑图像对以及至少三张LED点光源照明的图像；根据所述近红外光斑发生器照明的散斑图像对，获取初始深度图；根据所述至少三个LED点光源的参数以及所述至少三张LED点光源照明的图像，获取目标表面的法线方向；融合所述初始深度图以及所述目标表面的法线方向，输出目标深度图。结合本技术实施例第二方面，在本技术实施例第二方面的第一种实现方式中，所述LED点光源的参数包括：所述LED点光源的位置以及亮度；所述处理器根据所述两个近红外相机的内部参数以及外部参数，标定所述至少三个LED点光源的参数，包括：根据所述两个近红外相机的内部参数以及外部参数，分别标定每一个LED点光源的参数；其中，所述处理器标定每一个LED点光源的参数，包括：根据近红外光斑发生器照明的散斑图像对获取初始深度图D0；对所述初始深度图D0进行双边滤波，得到D0'；根据所述LED点光源在相机坐标系中的位置，获得所述LED点光源位置的估算初值s0；根据所述D0'以及所述两个近红外参数的内部参数以及外部参数，生成目标的初始点云xi和法线方向ni；根据所述s0、xi和ni，由计算公式可得出光源亮度的初值E0；其中，所述计算公式为：所述oi为图像的灰度；以所述s0以及所述E0为初值，由非线性最小二乘优化得到所述LED点光源的位值和亮度。结合本技术实施例第二方面，在本技术实施例第二方面的第二种实现方式中，所述处理器按照预设的时序采集所述近红外光斑发生器照明的散斑图像对以及至少三张LED点光源照明的图像，包括：打开近红外光斑发生器，采用所述两个近红外相机采集所述近红外光斑发生器照明的散斑图像对；关闭所述近红外光斑发生器，依次点亮所述至少三个LED点光源，采用所述两个近红外相机中的一个近红外相机采集每个LED点光源照明的图像。结合本技术实施例第二方面的第一种实现方式，在本技术实施例第二方面的第三种实现方式中，所述处理器根据所述至少三个LED点光源的参数以及所述至少三张LED点光源照明的图像，获取目标表面的法线方向，包括：根据所述至少三个LED点光源的位置、亮度以及所述至少三张LED点光源照明的图像的灰度值，获取目标表面上三维点处的法线方向以及反射率。结合本技术实施例第二方面，在本技术实施例第二方面的第四种实现方式中，所述内部参数包括以下至少一种：镜头焦本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维重建设备，其特征在于，包括：两个近红外相机、至少三个LED点光源、近红外光斑发生器、存储器以及处理器；所述存储器与所述处理器相连，用于存储程序指令；所述两个近红外相机与所述至少三个LED点光源、所述近红外光斑发生器及所述处理器相连，用于采集所述近红外光斑发生器照射目标表面时形成的散斑图像对及所述至少三个LED点光源照射所述目标表面时形成的图像；所述处理器用于调用所述存储器中的程序指令，标定所述两个近红外相机的内部参数及外部参数；所述至少三个LED点光源与所述两个近红外相机及所述处理器相连，用于照射所述目标表面；所述处理器用于调用所述存储器中的程序指令，标定所述至少三个LED点光源的参数；所述近红外光斑发生器与所述两个近红外相机及所述处理器相连，用于照射所述目标表面；所述处理器用于调用所述存储器中的程序指令，控制所述两个近红外相机按照预设的时序采集所述近红外光斑发生器照明的散斑图像对以及至少三张LED点光源照明的图像；所述处理器还用于调用所述存储器中的程序指令，根据所述近红外光斑发生器照明的散斑图像对，获取初始深度图；根据所述至少三个LED点光源的参数以及所述至少三张LED点光源照明的图像，获取目标表面的法线方向；融合所述初始深度图以及所述目标表面的法线方向，输出目标深度图。...

【技术特征摘要】
1.一种三维重建设备，其特征在于，包括：两个近红外相机、至少三个LED点光源、近红外光斑发生器、存储器以及处理器；所述存储器与所述处理器相连，用于存储程序指令；所述两个近红外相机与所述至少三个LED点光源、所述近红外光斑发生器及所述处理器相连，用于采集所述近红外光斑发生器照射目标表面时形成的散斑图像对及所述至少三个LED点光源照射所述目标表面时形成的图像；所述处理器用于调用所述存储器中的程序指令，标定所述两个近红外相机的内部参数及外部参数；所述至少三个LED点光源与所述两个近红外相机及所述处理器相连，用于照射所述目标表面；所述处理器用于调用所述存储器中的程序指令，标定所述至少三个LED点光源的参数；所述近红外光斑发生器与所述两个近红外相机及所述处理器相连，用于照射所述目标表面；所述处理器用于调用所述存储器中的程序指令，控制所述两个近红外相机按照预设的时序采集所述近红外光斑发生器照明的散斑图像对以及至少三张LED点光源照明的图像；所述处理器还用于调用所述存储器中的程序指令，根据所述近红外光斑发生器照明的散斑图像对，获取初始深度图；根据所述至少三个LED点光源的参数以及所述至少三张LED点光源照明的图像，获取目标表面的法线方向；融合所述初始深度图以及所述目标表面的法线方向，输出目标深度图。2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述LED点光源的参数包括：所述LED点光源的位置以及亮度；所述处理器根据所述两个近红外相机的内部参数以及外部参数，标定所述至少三个LED点光源的参数，包括：根据所述两个近红外相机的内部参数以及外部参数，分别标定每一个LED点光...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱宪伟，徐玉华，童宸鹏，顾山，陈东，
申请(专利权)人：深度创新科技深圳有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44