使用平滑图进行3D重建制造技术

本发明专利技术尤其涉及一种用于3D重建的计算机实现的方法。该方法包括提供2D图像，并且对于每个2D图像，提供定义透视投影的相机参数。2D图像均表示相同的真实对象。真实对象是固定的。该方法还包括对于每个2D图像提供平滑图。平滑图具有像素值，每个像素值表示轮廓存在的度量。该方法还包括确定表示真实对象的3D建模对象。该确定迭代地优化能量。对于每个平滑图，能量都会奖励3D建模对象的具有表示轮廓存在的高度量的像素值的廓影顶点的投影。这形成了用于3D重建的改进的解决方案。用于3D重建的改进的解决方案。用于3D重建的改进的解决方案。

【技术实现步骤摘要】
使用平滑图进行3D重建


[0001]本专利技术涉及计算机程序和系统领域，尤其涉及用于3D重建的方法、系统和程序。

技术介绍

[0002]市场上提供了许多用于对象的设计、工程和制造的系统和程序。CAD是计算机辅助设计的首字母缩略词，例如它涉及用于设计对象的软件解决方案。CAE是计算机辅助工程的缩写，例如它涉及用于模拟未来产品的物理行为的软件解决方案。CAM是计算机辅助制造的首字母缩略词，例如它涉及用于定义制造过程和操作的软件解决方案。在这种计算机辅助设计系统中，图形用户界面在技术效率方面起着重要的作用。这些技术可能嵌入在产品生命周期管理(PLM)系统中。PLM指的是一种商业战略，帮助企业共享产品数据，应用通用流程，并利用企业知识进行从概念到产品生命尽头的跨越扩展企业概念的产品开发。达索系统(Dassault Syst
è
mes)(以CATIA，ENOVIA和DELMIA为商标)提供的PLM解决方案提供了一个组织产品工程知识的工程中心，一个管理制造工程知识的制造中心和一个使企业集成和连接工程和制造中心的企业中心。整个系统提供了一个开放的对象模型，连接产品、流程和资源，实现动态的、基于知识的产品创建和决策支持，从而推动优化的产品定义、制造准备、生产和服务。
[0003]在这种上下文和其他上下文中，3D重建正变得越来越重要。3D重建与计算机视觉技术有关，该技术可基于表示真实对象或真实场景的数据确定3D建模对象。这样的技术对于诸如虚拟现实和增强现实(更一般地，任何种类的身临其境的体验)、视频游戏、制造和3D打印和/或3D建模的领域可能是有用的。
[0004]尽管过去几年在该领域已进行了大量研究工作，但仍需要针对3D重建的改进的解决方案。

技术实现思路

[0005]因此，提供了一种用于3D重建的计算机实现的方法。该方法包括提供2D图像，并且对于每个2D图像，提供定义透视投影的相机参数。2D图像均表示相同的真实对象。真实对象是固定的。该方法还包括为每个2D图像提供平滑图。平滑图具有像素值，每个像素值表示轮廓存在的度量。该方法还包括确定表示真实对象的3D建模对象。该确定迭代地优化能量。对于每个平滑图，能量都会奖励3D建模对象的具有表示轮廓存在的高度量的像素值的廓影顶点的投影。
[0006]该方法可以包括以下一项或多项：
[0007]‑
所述平滑图包括与轮廓概率最大值相对应的局部极值，所述能量在所述廓影顶点的投影处奖励高轮廓概率。
[0008]‑
平滑图是轮廓概率图的函数；
[0009]‑
该函数是仿射映射的平滑；
[0010]‑
所述平滑包括对所述轮廓概率图至少应用高斯模糊，或者将所述轮廓概率图与
从拉普拉斯分布获得的核进行卷积；
[0011]‑
所述平滑包括确定将高斯模糊族应用于所述轮廓概率图的包络，每个高斯模糊具有不同的核尺寸；
[0012]‑
所述能量包括以下类型的项：E
fit
＝∑
i,j
E
i
(π
i
(s
ij
))2，其中，对于2D图像i：E
i
(
·
)表示平滑图，s
ij
表示廓影点j，并且π
i
(
·
)表示投影变换。
[0013]‑
所述3D建模对象是细分表面的控制网格；
[0014]‑
该方法还包括在优化的每次迭代中：
[0015]○
提供当前控制网格；
[0016]○
将所述当前控制网格细分为细分网格；
[0017]○
对于每个2D图像：
[0018]■
将细分网格投影到2D图像上；
[0019]■
计算所述2D图像中的3D建模对象的2D廓影；并且
[0020]■
将与2D廓影相对应的细分网格的点识别为廓影顶点；以及
[0021]○
修改当前控制网格以减少能量；和/或
[0022]能量进一步奖励：控制网格中所有边的长度的平方和的低度，控制网格的极限表面的密集采样点处的主曲率值平方和的低度，和/或控制网格的面的规则性。
[0023]还提供了一种计算机程序，其包括用于执行该方法的指令。
[0024]还提供了一种其上记录有计算机程序的计算机可读存储介质。
[0025]还提供了一种系统，该系统包括耦合到存储器和图形用户界面的处理器，该存储器已在其上记录了计算机程序。
附图说明
[0026]现在将通过非限制性示例并参考附图来描述本专利技术的实施例，其中：
[0027]图1示出了系统的图形用户界面的示例；
[0028]图2示出了系统的示例；并且
[0029]图3
‑
22示出了该方法。
具体实施方式
[0030]提供了一种用于3D重建的计算机实现的方法。该方法包括提供2D图像，并且对于每个2D图像，提供定义透视投影的相机参数。2D图像均表示相同的真实对象。真实对象是固定的。该方法还包括，对于每个2D图像提供平滑图。平滑图具有像素值，每个像素值表示轮廓存在的度量。该方法还包括确定表示真实对象的3D建模对象。该确定迭代地优化能量。对于每个平滑图，能量都会奖励3D建模对象的具有表示轮廓存在的高度量的像素值的廓影顶点的投影。
[0031]这形成了用于3D重建的改进的解决方案。
[0032]该方法属于运动恢复结构(structure
‑
from
‑
motion)分析技术的范围。实际上，该方法允许基于2D图像以3D形式重建真实对象。与其他类型的信号相比，2D图像相对简单且无需花费任何成本即可获得。该方法因此形成了相对简单且无成本的3D重建技术。
[0033]此外，优化是迭代地优化。迭代地优化技术是解决优化问题的实用方法。该方法因
此相对有效地执行。
[0034]现在，该方法特别地依赖于具有像素值的地图，每个像素值表示轮廓存在的度量。由于3D建模对象优化了针对每个轮廓图而奖励3D建模对象的、具有表示轮廓存在的高度量的像素值的廓影顶点的投影的能量，因此该方法允许最大程度地确定廓影投影在2D图像中的轮廓上的3D建模对象。因此，该方法基于以下观察：由2D图像表示的真实对象的廓影转换为2D图像中的轮廓。结果，该方法所允许的3D重建相对准确。
[0035]此外，该方法中提供的图特别是平滑图。结果，使优化能够在迭代过程中遵循导致地图局部极值的路径，从而稳健地收敛至最佳3D建模对象。这导致该方法的相对较高的准确性和鲁棒性。迭代地优化的确可以基于梯度，并且例如包括平滑图的梯度的计算以遵循这样的梯度。
[0036]2D图像各自表示例如形成像素的网格布置的形成真实对象的2D图形表示的物理信号。网格可以全部是规则的和/或矩形的。2D图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于3D重建的计算机实现的方法，所述方法包括：提供全部表示固定的相同真实对象的2D图像，并且对于每个2D图像，提供定义透视投影的相机参数；对于每个2D图像提供平滑图，所述平滑图具有像素值，每个像素值表示轮廓存在的度量；以及确定表示所述真实对象的3D建模对象，所述确定迭代地优化能量，所述能量针对每个平滑图而奖励所述3D建模对象的、具有表示轮廓存在的高度量的像素值的廓影顶点的投影。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述平滑图包括与轮廓概率最大值相对应的局部极值，所述能量在所述廓影顶点的投影处奖励高轮廓概率。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述平滑图是轮廓概率图的函数。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述函数是仿射映射的平滑。5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述平滑包括对所述轮廓概率图至少应用高斯模糊，或者将所述轮廓概率图与从拉普拉斯分布获得的核进行卷积。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述平滑包括确定将高斯模糊族应用于所述轮廓概率图的包络，每个高斯模糊具有不同的核尺寸。7.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法，其中，所述能量包括以下类型的项：其中，对于2D图像i：
·
E
i
(
·
)表示平滑图，
·
s
ij
表示廓影点j，并且
·
π
i
(

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：达索系统公司，
类型：发明
国别省市：