一种动态虚拟相机三维成像方法技术

本发明专利技术涉及一种动态虚拟相机三维成像方法，方法采用动态虚拟相机三维成像系统，方法包括以下步骤：S1、调整动态虚拟相机三维成像系统的位姿和角度，建立工作坐标系，标定相机光心位置，以及相机到分光器件的距离与光学测距装置到分光器件的距离之差；S2、触发相机采集该视角下目标场景的图像信息，得到多视角三维重建结果；S3、记录光学测距装置提供的距离信息，计算三维坐标，生成三维光学基准点集；S4、结合数值拟合方法建立三维重建误差模型，得到修正后的三维图像。与现有技术相比，本发明专利技术结合双棱镜转角信息构建高精度光学基准，保证系统集成性的同时提升三维成像的信息可靠性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种动态虚拟相机三维成像方法


[0001]本专利技术涉及机器视觉领域，尤其是涉及一种动态虚拟相机三维成像方法。

技术介绍

[0002]三维视觉成像作为实现目标重建与场景感知的重要途径，在机器人导航、汽车智能驾驶、空天遥感观测等领域得到广泛应用。传统的视觉系统大多依赖两台或多台相机采集的多个不同视角的图像进行三维立体重建，或者利用相机与结构光投影器对目标场景进行主动成像和三维重建。但是，双目或多目立体视觉三维成像技术要求较大和物理尺寸和布置空间；而结构光三维成像技术的视场范围、分辨率以及效率受到投影器性能和编码策略的影响。尤其在较远工作距离条件下，两类技术的三维重建精度都会显著降低，限制着其在许多实际场景中的应用。
[0003]以下现有技术给出几种典型的三维视觉成像技术解决方案：
[0004]一种单相机结合二维码测量玻璃板不平度的方法CN110276808B，通过单台相机和二维码阵列建立二维图像和三维空间的关系，从而恢复玻璃板的表面形貌并计算其不平整度。这类方法依赖二维码阵列的先验信息，会给系统布置和实施过程增加工作量，而且难以应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动态虚拟相机三维成像方法，其特征在于，方法采用动态虚拟相机三维成像系统，系统包括相机(1)、相机(1)的镜头侧的旋转双棱镜装置(2)和光学测距装置(3)，旋转双棱镜装置(2)包括第一旋转棱镜(21)、第二旋转棱镜(22)以及旋转棱镜各自的旋转驱动机构和支撑机构，旋转驱动机构调整旋转双棱镜装置(2)绕光轴方向的角度，相机(1)和旋转双棱镜装置(2)之间装有分光器件(4)，分光器件(4)的分光面与系统光轴成预配置的角度，分光器件(4)保证光学测距装置(3)的发射光束偏转到光轴方向上，并且保证相机(1)将通过旋转双棱镜装置(2)之后的外界光线捕获并成像；基于上述系统，方法包括以下步骤：S1、调整动态虚拟相机三维成像系统的位姿和角度，并基于调整后的动态虚拟相机三维成像系统建立工作坐标系，标定相机光心位置，以及相机(1)到分光器件(4)的距离与光学测距装置(3)到分光器件(4)的距离之差；S2、通过控制旋转双棱镜装置(2)的运动规律改变相机(1)的成像视轴指向，在旋转双棱镜装置(2)达到预期位置时触发相机(1)采集该视角下目标场景的图像信息，所述预期位置为多个，获得多个不同视角的图像，并结合动态虚拟相机立体匹配算法和三角测量原理恢复公共视场区域内的三维信息，得到多视角三维重建结果；S3、触发相机(1)采集该视角下目标场景的图像信息时，记录光学测距装置(3)提供的距离信息，并基于旋转双棱镜装置(2)达到预期位置时的双棱镜转角组合计算三维坐标，生成与不同的视角一一对应的三维光学基准点集；S4、通过比较光学基准点集与对应的多视角三维重建结果，得到一系列目标点的三维重建误差分布情况，结合数值拟合方法建立三维重建误差模型，修正全局范围内的三维重建信息，得到修正后的三维图像。2.根据权利要求1所述的一种动态虚拟相机三维成像方法，其特征在于，S1的具体步骤包括：S11、沿着光轴方向依次布置相机(1)、分光器件(4)和旋转双棱镜装置(2)，保证相机(1)的成像视场不被遮挡，调整光学测距装置(3)的位姿和角度，使其发射光束经过分光器件(4)反射之后垂直进入旋转双棱镜装置(2)；S12、调整后，根据右手定则建立动态虚拟相机三维成像系统的工作坐标系O
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XYZ，原点O固定于相机光心位置，Z轴与相机视轴方向重合，X轴和Y轴均与Z轴正交，其正方向分别为水平向右和垂直向下；S13、利用相机(1)透过分光器件(4)和旋转双棱镜装置(2)采集靶标图像，在工作坐标系下结合靶标的几何约束重建其三维信息，获取靶标点沿着相机视轴指向的光程长度，同时利用光学测距装置(3)透过旋转双棱镜装置(2)测量靶标距离，计算相机(1)到分光器件(4)的距离与光学测距装置(2)到分光器件(4)的距离之差，所述距离之差与靶标距离和靶标点沿着相机视轴指向的光程长度之差相等。3.根据权利要求2所述的一种动态虚拟相机三维成像方法，其特征在于，S2的具体步骤包括：S2、通过控制旋转双棱镜装置(2)的运动规律改变相机(1)的成像视轴指向，在旋转双棱镜装置(2)达到预期位置时触发相机(1)采集该视角下目标场景的图像信息，所述预期位置为多个，获得多个不同视角的图像，并结合动态虚拟相机立体匹配算法和三角测量原理
恢复公共视场区域内的三维信息，得到多视角三维重建结果.S21、控制旋转双棱镜装置(2)的运动规律，使旋转双棱镜装置(2)的两片楔形旋转棱镜的转角参数依次到达一系列预期位置组合，所述预期位置组合作为双棱镜转角组合，每当旋转双棱镜装置(2)到达一个预期位置时，触发相机(1)采集该视角下目标场景的图像信息，获得多个不同视角的图像；S22、将旋转双棱镜装置(2)的转角参数代入矢量折射定律，推导相机成像视轴指向的运动规律，其成像过程等效为一台以系统光轴为中心运动的动态虚拟相机，得到动态虚拟相机的光心位置变化规律，确定动态虚拟相机的视轴指向和光心位置，结合相机(1)的光心位置O以及相机(1)的初始视轴指向以及动态虚拟...

【专利技术属性】
技术研发人员：李安虎，刘兴盛，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
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