一种基于图像序列的三维建模方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于图像序列的三维建模方法，包括：图像采集、拍照装置标定、图像预处理、特征点提取、立体匹配和三维重建等步骤，通过图像采集、拍照装置标定、图像预处理、特征点提取、立体匹配建立图像序列步骤的各图像的深度图像，通过三维重建步骤利用深度图像，确定不同视角下相同三维特征点的加权平均距离，得到所述建模对象的各三维特征点的三维空间坐标，完成对所述建模对象的三维建模。该方法操作简单，三维建模精度，能达到影像级三维建模的效果，由于不需要利用专业的扫描仪，降低了建模成本低，能满足大众化的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像序列的三维建模方法及系统
本专利技术涉及三维建模领域，特别涉及一种高精度电影级别的三维建模方法及系统。
技术介绍
目前，在很多游戏和立体电影中的三维模型绝大部分需要专业人员通过使用专业的建模工具对物体进行三维建模制作而成，会消耗大量的人力和时间。而使用三维扫描仪对物体三维信息进行提取，存在设备价格太高，会造成三维建模成本过高，不符合大众化的需求。在对物体进行三维重建的方案中，现有的基于图像的三维重建方法可分为以下几类：(1)单视角三维建模、(2)双视角三维建模和(3)多视角三维建模。由于根据单幅或者两幅图像去获取图像的深度信息对算法的要求高，因此基于单视角和双视角的三维建模方法在精准度上达不到精准三维建模的效果。在已有的多视角三维建模方案中，通常是将摄像设备环绕物体运行进行动态拍摄，获取所需三维建模物体的360度的图像，再将图像传输至计算机进行三维建模，但此方法在一定程度上对环绕的拍摄角度及拍摄速度要求比较高，且由于光照的不均匀分布，会导致三维建模的误差较大，不能满足现有的影视行业中的高精度三维建模的需求。
技术实现思路
基于现有技术所存在的问题，本专利技术的目的是提供一种基于图像序列的三维建模方法及系统，能以简单方式获取物体的图像序列为基准进行高精度三维建模，满足影视、游戏行业对高精度三维建模的需求。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术实施方式提供一种基于图像序列的三维建模方法，包括：图像采集：在相同光照条件下，通过立体环绕在所需三维建模的建模对象的周围分布设置的多个拍照装置，从多个角度同时采集所述建模对象全方位的多个图像作为图像序列；拍照装置标定：根据相邻的拍照装置获取到的图像对各拍照装置进行标定，获取各拍照装置的参数；图像预处理：对所述图像采集步骤采集的多个图像进行降噪处理；特征点提取：对所述图像预处理步骤处理后的多个图像分别提取各图像的特征点；立体匹配：根据双视角测距和所述拍照装置标定步骤获取的各拍照装置的参数，将各图像的各特征点转换为三维特征点，并计算得到各图像的深度图像；三维重建：利用所述立体匹配步骤得出的各图像的深度图像，确定不同视角下相同三维特征点的加权平均距离，得到所述建模对象的各三维特征点的三维空间坐标，即完成对所述建模对象的三维建模。本专利技术实施方式还提供一种基于图像序列的三维建模系统，包括：立体环照光源、多个拍照装置、供电装置、控制装置和建模装置；其中，所述立体环照光源设有呈均匀球形分布的多个光照点，多个光照点的中心位置为所需三维建模的建模对象的放置位；所述多个拍照装置呈均匀球形分布，多个拍照装置的中心位置为所述建模对象的放置位；所述供电装置，分别与所述立体环照光源和所述多个拍照装置电气连接，能分别为所述立体环照光源和各拍照装置供电；所述控制装置，分别与所述多个拍照装置通信连接，能同时控制所述多个拍照装置采集所述建模对象全方位的多个图像形成图像序列；所述建模装置，与所述多个拍照装置通信连接，能接收所述多个拍照装置采集的所述建模对象全方位的多个图像，并对多个图像依次进行图像预处理、特征点提取、立体匹配和三维重建后，完成对所述建模对象的三维建模。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的基于图像序列的三维建模方法及系统，其有益效果为：通过使用多个拍照装置在相同的关照条件下，不需要利用专业的扫描仪，仅通过获取建模对象不同角度的多个图像形成的图像序列，即可完成对建模对象的高精度三维建模。该方法操作简单，三维建模精度，能达到影像级三维建模的效果，由于不需要利用专业的扫描仪，降低了建模成本低，能满足大众化的需求。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。图1为本专利技术实施例提供的基于图像序列的三维建模方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的基于图像序列的三维建模方法涉及的双视角测距原理图；图3为本专利技术实施例提供的基于图像序列的三维建模系统的构成示意图。具体实施方式下面结合本专利技术的具体内容，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。如图1所示，本专利技术实施例提供一种基于图像序列的三维建模方法，包括：图像采集：在相同光照条件下，通过立体环绕在所需三维建模的建模对象的周围分布设置的多个拍照装置，从多个角度同时采集所述建模对象全方位的多个图像作为图像序列；拍照装置标定：根据相邻的拍照装置获取到的图像对各拍照装置进行标定，获取各拍照装置的参数；图像预处理：对所述图像采集步骤采集的多个图像进行降噪处理；特征点提取：对所述图像预处理步骤处理后的多个图像分别提取各图像的特征点；立体匹配：根据双视角测距和所述拍照装置标定步骤获取的各拍照装置的参数，将各图像的各特征点转换为三维特征点，并计算得到各图像的深度图像；三维重建：利用所述立体匹配步骤得出的各图像的深度图像，确定不同视角下相同三维特征点的加权平均距离，得到所述建模对象的各三维特征点的三维空间坐标，即完成对所述建模对象的三维建模。上述方法中，图像采集步骤包括：步骤11)在所述建模对象的周围立体环绕设置立体环照光源，所述立体环照光源设有呈均匀球形分布的多个光照点，能为所述建模对象提供各个角度均相同的光照条件；步骤12)在所述建模对象的周围立体环绕设置多个拍照装置，所述多个拍照装置采用与所述立体环照光源的多个光照点的分布方式相同的呈均匀球形分布的分布方式；步骤13)通过无线引闪同时控制多个拍照装置同时采集所述建模对象的全方位的多个图像作为图像序列。上述方法的图像采集步骤中，各拍照装置均采用相同型号的专业单反相机。上述方法的拍照装置标定步骤中，获取的各拍照装置的参数包括：各拍照装置的内部参数和外部参数。如，横纵方向焦距、倾斜因子、主点坐标等内部参数，以及相机坐标系同世界坐标系的相对位置或者可以认为是两个拍照装置(即相机)的相对位置等外部参数。上述方法的图像预处理步骤中，对所述图像采集步骤采集的多个图像进行降噪处理采用：平滑滤波图像降噪处理、均值滤波图像降噪处理中的任一种。上述方法的特征点提取步骤中，对所述图像预处理步骤处理后的多个图像分别提取各图像的特征点采用以下特征点检测算法中的至少一种：基于模板匹配的特征检测算法、基于灰度变化的特征检测算法和基于图像边缘检测的特征检测算法。上述方法的立体匹配包括：步骤S1)，根据双视角测距确定提取的每个图像的各特征点在世界坐标系中的位置，得到各图像的各三维特征点；步骤S2)，根据所得到的各图像的各三维特征点与所述拍照装置标定步骤获取的各拍照装置的参数，计算得到单个图像的深度图像，重复上述步骤直至得出每个图像的深度图像。通过上述方式实现了对多个图像形成的图像序列中的各特征点匹配，得到相同的特征点在不同图像中的对应关系。上述方法的三维重建包括：步骤S3)，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于图像序列的三维建模方法，其特征在于，包括：图像采集：在相同光照条件下，通过立体环绕在所需三维建模的建模对象的周围分布设置的多个拍照装置，从多个角度同时采集所述建模对象全方位的多个图像作为图像序列；拍照装置标定：根据相邻的拍照装置获取到的图像对各拍照装置进行标定，获取各拍照装置的参数；图像预处理：对所述图像采集步骤采集的多个图像进行降噪处理；特征点提取：对所述图像预处理步骤处理后的多个图像分别提取各图像的特征点；立体匹配：根据双视角测距和所述拍照装置标定步骤获取的各拍照装置的参数，将各图像的各特征点转换为三维特征点，并计算得到各图像的深度图像；三维重建：利用所述立体匹配步骤得出的各图像的深度图像，确定不同视角下相同三维特征点的加权平均距离，得到所述建模对象的各三维特征点的三维空间坐标，即完成对所述建模对象的三维建模。

【技术特征摘要】
1.一种基于图像序列的三维建模方法，其特征在于，包括：图像采集：在相同光照条件下，通过立体环绕在所需三维建模的建模对象的周围分布设置的多个拍照装置，从多个角度同时采集所述建模对象全方位的多个图像作为图像序列；拍照装置标定：根据相邻的拍照装置获取到的图像对各拍照装置进行标定，获取各拍照装置的参数；图像预处理：对所述图像采集步骤采集的多个图像进行降噪处理；特征点提取：对所述图像预处理步骤处理后的多个图像分别提取各图像的特征点；立体匹配：根据双视角测距和所述拍照装置标定步骤获取的各拍照装置的参数，将各图像的各特征点转换为三维特征点，并计算得到各图像的深度图像；三维重建：利用所述立体匹配步骤得出的各图像的深度图像，确定不同视角下相同三维特征点的加权平均距离，得到所述建模对象的各三维特征点的三维空间坐标，即完成对所述建模对象的三维建模。2.如权利要求1所述的基于图像序列的三维建模方法，其特征在于，所述方法中，图像采集步骤包括：步骤11)在所述建模对象的周围立体环绕设置立体环照光源，所述立体环照光源设有呈均匀球形分布的多个光照点，能为所述建模对象提供各个角度均相同的光照条件；步骤12)在所述建模对象的周围立体环绕设置多个拍照装置，所述多个拍照装置采用与所述立体环照光源的多个光照点的分布方式相同的呈均匀球形分布的分布方式；步骤13)通过无线引闪同时控制多个拍照装置同时采集所述建模对象的全方位的多个图像作为图像序列。3.如权利要求1或2所述的基于图像序列的三维建模方法，其特征在于，所述方法的图像采集步骤中，各拍照装置均采用相同型号的专业单反相机。4.如权利要求1或2所述的基于图像序列的三维建模方法，其特征在于，所述方法的拍照装置标定步骤中，获取的各拍照装置的参数包括：各拍照装置的内部参数和外部参数。5.如权利要求1或2所述的基于图像序列的三维建模方法，其特征在于，所述方法的图像预处理步骤中，对所述图像采集步骤采集的多个图像进行降噪处理采用：平滑滤波图像降噪处理、均值滤波图像降噪处理中的任一种；所述方法的特征点提取步骤中，对所述图像预处理步骤处理后的多个图像分别提取各图像的特征点采用以下特征点检测算法中的至少一种：基于模板匹配的特征检测算法、基于灰度变化的特征检测算法和基于图像边缘检测的特征检测算法。6.如权利要求1或2所述的基于图像序列的三维建模方法，其特征在于，所述方法的立体匹配包括：步骤S1)，根据双视角测距确定提取的每个图像的各特征点在世界坐标系中的位置，得到各图像的各三维特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏庆，
申请(专利权)人：华强方特深圳电影有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44