三维模型重建系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种三维模型重建系统及方法，包括：环形图像采集装置，包括环绕被拍摄对象的支撑设备和安装在支撑设备上的多个摄像头和多个三维扫描仪，被配置用于分别通过所述多个摄像头和所述多个三维扫描仪来采集被拍摄对象的目标图像数据，其中，所述目标图像数据包括由所述多个摄像头采集的二维图像数据和所述多个三维扫描仪采集的点云数据；中央处理设备，被配置用于控制所述环形图像采集装置对被拍摄对象的目标图像数据进行采集，并对采集得到的目标图像数据进行处理以完成三维模型的重建。本发明专利技术解决了拍摄过程中单一摄像头的视角限制问题和手持式拍摄的抖动问题，实现了对透明和高反光物体的三维模型的快速扫描和重建。

Three dimensional model reconstruction system and method

The invention provides a three-dimensional model reconstruction system and method, including a ring image acquisition device, including a supporting device surrounding the photographed object and a plurality of cameras and a plurality of three-dimensional scanners mounted on the supporting device, configured for acquisition through the plurality of cameras and the plurality of three-dimensional scanners, respectively. Target image data of a photographed object, wherein the target image data includes two-dimensional image data captured by the plurality of cameras and point cloud data captured by the plurality of three-dimensional scanners; a central processing device configured to control the ring image acquisition device to enter the target image data of the photographed object The target image data are processed to complete the reconstruction of 3D models. The invention solves the problem of angle limitation of a single camera and the problem of shaking in hand-held shooting, and realizes the fast scanning and reconstruction of the three-dimensional model of transparent and highly reflective objects.

【技术实现步骤摘要】
三维模型重建系统及方法
本专利技术涉及三维模型重建
，更具体地讲，涉及一种三维模型重建系统及方法。
技术介绍
随着三维建模技术的快速发展，三维模型重建成为三维建模技术中相对活跃的研究领域。三维模型重建包括主动式的“基于深度传感器的三维重建”和被动式的“基于图像的三维重建”，其中，基于深度传感器的三维重建是利用深度传感器发射激光，不受环境光照影响的特性，能够准确获取物体的深度信息(物体与传感器之间的距离)，为后续的模型重建提供有效帮助，基于图像的三维重建是利用摄像机拍摄物体表面反射的环境光，也就是常见的照片来重建模型。由于“基于深度传感器的三维重建”技术的深度传感器对物体色彩信息获取较弱，难以恢复物体的真实色彩，因此，基于图像的三维重建技术相对来说应用更为广泛，例如在文物数字化、虚拟现实系统、3D打印、影视游戏等众多领域中，且基于图像的三维重建技术具备处理周期短、自动化程度高、重建效果好等优点。但是，现有技术中的基于图像的三维重建技术存在着一定的局限性，其中，在数据获取方面，该技术在拍摄目标图像数据时对光照条件的要求较高，对透明和高反光物体的目标图像数据进行拍摄时均会产生较大的误差，而影响数据处理使三维重建效果差。另外，在拍摄过程中，该技术还要求物体保持静止，且单一摄像头由于视角的限制也无法获取足够的图像数据。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的问题，提出了一种基于三维扫描仪和摄像头相结合的三维重建系统及方法。根据本专利技术的一方面，提供了一种三维模型重建系统，包括：环形图像采集装置，包括环绕被拍摄对象的支撑设备和安装在支撑设备上的多个摄像头和多个三维扫描仪，被配置用于分别通过所述多个摄像头和所述多个三维扫描仪来采集被拍摄对象的目标图像数据，其中，所述目标图像数据包括由所述多个摄像头采集的二维图像数据和所述多个三维扫描仪采集的点云数据；中央处理设备，被配置用于控制所述环形图像采集装置对被拍摄对象的目标图像数据进行采集，并对采集得到的目标图像数据进行处理以完成三维模型的重建。优选地，所述支撑设备为360度环形放置的立体设备，所述多个三维扫描仪为多个拍照式三维扫描仪，所述中央处理设备预先设置有用于所述多个摄像头的固定拍摄参数和用于三维模型重建的固定建模参数。优选地，所述中央处理设备被配置为分别控制所述多个摄像头和所述多个三维扫描仪对被拍摄对象的目标图像数据进行采集；实时接收并存储采集得到的目标图像数据；通过对目标图像数据进行处理以完成被拍摄对象的三维模型的重建，并导出完整的被拍摄对象的三维模型。优选地，所述通过对目标图像数据进行处理以完成被拍摄对象的三维模型的重建，并导出完整的被拍摄对象的三维模型包括：对多个摄像头采集的二维图像数据进行特征点提取与匹配，并使用运动回复结构SFM算法和散列图像聚簇CMVS算法重建点云；以及对多个三维扫描仪采集的点云数据进行三维立体拼接以得出点云骨架；将所述重建点云和所述点云骨架进行融合以得出被拍摄对象的点云模型；采用纹理映射算法对点云模型进行纹理映射以完成被拍摄对象的三维模型的重建；根据指定文件格式导出完整的被拍摄对象的三维模型。优选地，所述支撑设备为360度环形放置的多个柱体柜，其中，所述柱体柜面向被拍摄对象的一侧设有多个安装孔，所述多个摄像头分别安装在多个柱体柜内并透过对应的安装孔来采集被拍摄对象的二维图像数据，所述多个三维扫描仪安装在柱体柜的一侧和/或柱体柜与柱体柜之间来采集被拍摄对象的点云数据。优选地，所述环形图像采集装置还包括照明设备、两个供电电源和稳压源，其中，所述照明设备安装在支撑设备上，被配置为多个灯管和/或多个灯泡，所述照明设备为所述多个摄像头和多个三维扫描仪进行目标图像数据的采集提供所需照明条件，所述两个供电电源分别有线连接所述照明设备以及所述多个摄像头和多个三维扫描仪，所述稳压源与两个供电电源有线连接。本专利技术的另一方面提供了一种基于如上所述系统的三维模型重建方法，所述方法包括以下步骤：分别通过多个摄像头和多个三维扫描仪来采集被拍摄对象的目标图像数据，其中，所述目标图像数据包括多个摄像头采集的二维图像数据和多个三维扫描仪采集的点云数据；将采集的二维图像数据和点云数据实时传输至中央处理设备；通过中央处理设备分别对采集的二维图像数据和点云数据进行处理完成三维模型的重建。本专利技术的又一方面提供了一种环形图像采集装置，包括拍摄设备和用于安装所述拍摄设备的支撑设备，其中，所述支撑设备为环形放置的立体设备以使被拍摄对象位于其中，所述拍摄设备包括多个摄像头和多个三维扫描仪，所述多个摄像头被配置用于采集被拍摄对象的二维图像数据，所述多个三维扫描仪被配置用于采集被拍摄对象的点云数据。优选地，所述支撑设备为360度环形放置的多个柱体柜，所述柱体柜面向被拍摄对象的一侧设有多个安装孔，所述多个摄像头分别安装在多个柱体柜内并透过对应的安装孔来采集被拍摄对象的二维图像数据，所述多个三维扫描仪安装在柱体柜的一侧和/或柱体柜与柱体柜之间来采集被拍摄对象的点云数据。优选地，所述多个柱体柜中包括至少一个可移动柱体柜，所述可移动柱体柜的底部设置有滑轮。本专利技术解决了三维模型重建中对透明和高反光物体的目标图像数据进行拍摄时容易产生误差的问题，还解决了在拍摄过程中单一摄像头的视角限制问题和手持式拍摄的抖动问题，不仅提高了数据获取的质量，加快了数据处理的速度，还扩大了适用范围，实现了对三维模型的快速扫描和重建。附图说明下面将结合附图进行本专利技术的详细描述，本专利技术的上述特征和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：图1是本专利技术的实施例的三维模型重建系统的框图；图2是本专利技术的实施例的三维模型重建系统的环形图像采集装置的框图；图3是本专利技术的示例性实施例的由360度环形放置的32个柱体柜组成的环形图像采集装置的示意图；图4是本专利技术的实施例的三维模型重建方法的流程图；图5是本专利技术的实施例的三维模型重建方法中生成点云模型的流程图；图6是本专利技术的实施例的环形图像采集装置的框图。具体实施方式提供以下参照附图的描述以帮助全面理解由权利要求及其等同物限定的本专利技术的示例性实施例。其中，相同的标号始终表示相同的部件。1、SFM算法运动恢复结构SFM(structure-from-motion)算法是一种相机标定算法。该算法首先由尺度不变特征变换SIFI算法来提取匹配图像上的特征点，一系列匹配点从每两幅图像中搜索到后，便被纳入轨迹中。而轨迹为多视图间匹配点的连通集，用多于两个特征点一致的轨迹进行重构来回复每幅图像的相机参数和每个匹配轨迹的三维位置信息。SFM算法中每幅图像由外参旋转矩阵R和平移坐标t以及内参焦距F等参数确定。该算法一般用最优的两个相机来估计初始参数，然后渐进式的每次递增一个相机并优化，以避免所有相机位置和匹配点轨迹对于三维场景点被同时估计，最后利用集束调整法整体优化意见重构的所有三维场景点和相机参数，如此重复迭代，直到观察不到足够多重构出的三维点的相机为止。2、CMVS算法散列图像聚簇CMVS算法是通过对图像集聚簇以减少重建过程的数据量的一种算法。聚簇需要满足密集性、簇的大小和覆盖三个约束条件，其中，密集性是指去除簇中冗余的图像，簇的大小是指为了使每个簇都能重构，簇需要保持足够小，覆盖是指图像簇重构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维模型重建系统，其特征在于，包括：环形图像采集装置，包括环绕被拍摄对象的支撑设备和安装在支撑设备上的多个摄像头和多个三维扫描仪，被配置用于分别通过所述多个摄像头和所述多个三维扫描仪来采集被拍摄对象的目标图像数据，其中，所述目标图像数据包括由所述多个摄像头采集的二维图像数据和所述多个三维扫描仪采集的点云数据；中央处理设备，被配置用于控制所述环形图像采集装置对被拍摄对象的目标图像数据进行采集，并对采集得到的目标图像数据进行处理以完成三维模型的重建。

【技术特征摘要】
1.一种三维模型重建系统，其特征在于，包括：环形图像采集装置，包括环绕被拍摄对象的支撑设备和安装在支撑设备上的多个摄像头和多个三维扫描仪，被配置用于分别通过所述多个摄像头和所述多个三维扫描仪来采集被拍摄对象的目标图像数据，其中，所述目标图像数据包括由所述多个摄像头采集的二维图像数据和所述多个三维扫描仪采集的点云数据；中央处理设备，被配置用于控制所述环形图像采集装置对被拍摄对象的目标图像数据进行采集，并对采集得到的目标图像数据进行处理以完成三维模型的重建。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述支撑设备为360度环形放置的立体设备，所述多个三维扫描仪为多个拍照式三维扫描仪，所述中央处理设备预先设置有用于所述多个摄像头的固定拍摄参数和用于三维模型重建的固定建模参数。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述中央处理设备被配置为：分别控制所述多个摄像头和所述多个三维扫描仪对被拍摄对象的目标图像数据进行采集；实时接收并存储采集得到的目标图像数据；通过对目标图像数据进行处理以完成被拍摄对象的三维模型的重建，并导出完整的被拍摄对象的三维模型。4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述通过对目标图像数据进行处理以完成被拍摄对象的三维模型的重建，并导出完整的被拍摄对象的三维模型包括：对多个摄像头采集的二维图像数据进行特征点提取与匹配，并使用运动回复结构SFM算法和散列图像聚簇CMVS算法重建点云；以及对多个三维扫描仪采集的点云数据进行三维立体拼接以得出点云骨架；将所述重建点云和所述点云骨架进行融合以得出被拍摄对象的点云模型；采用纹理映射算法对点云模型进行纹理映射以完成被拍摄对象的三维模型的重建；根据指定文件格式导出完整的被拍摄对象的三维模型。5.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述支撑设备为360度环形放置的多个柱体柜，其中，所述柱体柜面向被拍摄对象的一侧设有多个安装孔，所述多个摄像头分别安装在多个柱体...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐正君，
申请(专利权)人：东华智业北京科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11