一种物体的三维真实感重建方法、系统及电子设备技术方案

本发明专利技术属于计算机视觉技术应用技术领域，提供了一种物体的三维真实感重建方法、系统及电子设备。该方法及系统中，在建立物体的三维纹理模型后，首先通过马尔科夫算法对三维纹理模型进行分割，得到各区域间纹理接缝最小的最优分割方式，再结合对不同区域的边缘三角形进行处理，达到消除纹理接缝的目的，重建物体的真实感三维模型。相对于现有在建立三维纹理模型后直接对边缘三角形处理或对重叠区域的纹理进行处理来实现纹理融合的方法，该方法能够更有效的消除纹理接缝，实现三维纹理模型中各图像区域之间的平滑、自然过渡，融合效果也更佳。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于计算机视觉技术应用
，尤其涉及一种物体的三维真实感重建方法、系统及电子设备。
技术介绍
物体的三维真实感重建在游戏开发、动画、影视制造和三维电视等领域具有广泛的潜在应用。随着三维扫描设备的发展，对真实感三维模型的研究在近年来越发引起学者的兴趣，它是连接现实生活和虚拟世界的桥梁。现有技术提供的物体的三维真实感重建典型方法包括如下步骤首先采集物体各个视角的深度图像的数据，利用深度图像的数据建立物体的几何模型；之后通过对几何模型中重叠区域图像的深度数据的调整和匹配，将不同坐标系下的深度图像数据匹配到同一世界坐标系下，并进一步对其进行深度融合处理，以祛除冗余数据，最终得到一个完整的、没有冗余数据的、描述物体外形的三维点云模型；之后，通过各种不同的形式(如三角网格、B样条曲面、隐式曲面和细分曲面等)对物体的几何模型进行表达。但仅用几何模型并不能实现对物体进行真实表象，要建立物体的具有真实感的三维模型，就必须进行纹理映射，把采集到的纹理图像映射到几何模型表面，得到三维模型，并对三维模型中各区域进行纹理融合处理，消除模型表面由于光照变化、物体表面非完全漫反射、几何模型的重建精度以及纹理图和模型的匹配误差等因素引起的纹理接缝或人工痕迹，实现三维真实感模型的重建。其中，纹理融合的方法主要有两种一种是通过对三维模型中不同区域的边缘三角形的处理，实现色彩的自然过渡，如根据几何三角形与拍摄视场的姿态、以及三角形的可见性来确定边缘三角形，并通过对边缘三角形颜色的插值或均值处理，实现色彩的均衡过渡。该方法在融合后在边缘往往有细缝出现或模糊现象产生，不能完全实现纹理的平滑过渡。另一种是对不同视场的重叠区域的纹理进行处理，实现不同视角拍摄纹理的融合，重建真实感三维模型。但由于对具有复杂拓扑空间几何形体的纹理融合，一般很难得到其参数化，并且由于深度图像匹配精度、以及重建几何模型误差等外在因素的限制，通常在物体表面仍有少量的细缝存在。综上所述，现有的物体的三维真实感重建典型方法在建立三维模型后，或者直接通过对不同区域的边缘三角形进行处理、或者通过对重叠区域的纹理进行处理来实现纹理融合，融合后的物体模型仍有细缝存在，融合效果不佳
技术实现思路
·本专利技术实施例的目的在于提供一种物体的三维真实感重建方法，旨在解决现有技术在建立三维模型后，或者直接通过对不同区域的边缘三角形进行处理、或者通过对重叠区域的纹理进行处理来实现纹理融合，融合效果不佳的问题。本专利技术实施例是这样实现的，一种物体的三维真实感重建方法，所述方法包括以下步骤利用三维扫描设备采集待重建物体的深度图像数据和纹理图像数据，利用所述深度图像数据建立所述待重建物体在世界坐标系下的几何模型，并将采集的所述纹理图像数据映射到所述几何模型上，得到所述待重建物体的三维纹理模型；利用马尔科夫算法得到所述三维纹理模型的最优分割结果，并提取分割后各图像区域的边缘三角形；对分割后的所述三维纹理模型的纹理接缝进行融合，重建所述待重建物体的真实感三维模型。本专利技术实施例的另一目的在于提供一种物体的三维真实感重建系统，所述系统包括三维模型建模单元，用于利用三维扫描设备采集待重建物体的深度图像数据和·纹理图像数据，利用所述深度图像数据建立所述待重建物体在世界坐标系下的几何模型，并将采集的所述纹理图像数据映射到所述几何模型上，得到所述待重建物体的三维纹理模型；分割单元，用于利用马尔科夫算法得到所述三维模型建模单元得到的所述三维纹理模型的最优分割结果，并提取分割后各图像区域的边缘三角形；融合处理单元，用于对所述分割单元分割后的所述三维纹理模型的纹理接缝进行融合，重建所述待重建物体的真实感三维模型。本专利技术实施例的另一目的在于提供一种电子设备，所述电子设备包括一如上所述的物体的三维真实感重建系统。本专利技术实施例提供的物体的三维真实感重建方法及系统中，在建立物体的三维纹理模型后，首先通过马尔科夫算法对三维纹理模型进行分割，得到各区域间纹理接缝最小的最优分割方式，再结合对不同区域的边缘三角形进行处理，达到消除纹理接缝的目的，重建物体的真实感三维模型。相对于现有在建立三维纹理模型后直接对边缘三角形处理或对重叠区域的纹理进行处理来实现纹理融合的方法，该方法能够更有效的消除纹理接缝，实现三维纹理模型中各图像区域之间的平滑、自然过渡，融合效果也更佳。附图说明图I是本专利技术实施例提供的物体的三维真实感重建方法的流程图；图2是本专利技术实施例提供的物体的三维真实感重建系统的结构原理图；图3是图2中三维模型建模单元的结构原理图；图4是图2中融合处理单元的结构原理图。具体实施例方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。针对现有技术存在的问题，本专利技术实施例提供的物体的三维真实感重建方法中，在建立物体的三维纹理模型后，首先通过马尔科夫算法对三维纹理模型进行分割，得到各区域间纹理接缝最小的最优分割方式，再结合对不同区域的边缘三角形进行处理，达到消除纹理接缝的目的。图I示出了本专利技术实施例提供的物体的三维真实感重建方法的流程，包括以下步骤步骤Sll :利用三维扫描设备采集待重建物体的深度图像数据和纹理图像数据，利用深度图像数据建立待重建物体在世界坐标系下的几何模型，并将采集的纹理图像数据映射到几何模型上，得到待重建物体的三维纹理模型。其中，深度图像中的每一坐标值表示 扫描点的空间坐标信息，其定义为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。本专利技术实施例中，三维扫描设备包括投影仪，用于向待重建物体表面投影结构光(如条形光等)；置于投影仪一侧的黑白相机，用于采集待重建物体的深度图像数据；置于投影仪另一侧的彩色相机，用于采集待重建物体的纹理图像数据。则骤Sll中，利用三维扫描设备采集待重建物体的深度图像数据和纹理图像数据，利用深度图像数据建立待重建物体在世界坐标系下的几何模型的步骤可进一步包括以下步骤步骤Slll :三维扫描设备中的投影仪向待重建物体表面投射结构光，以产生采集区域的约束条件，之后三维扫描设备中的黑白相机和彩色相机围绕待重建物体，从不同视角采集待重建物体的深度图像数据和纹理图像数据。步骤S 112 :利用局部坐标系之间的变换关系，将采集到的深度图像数据统一到世界坐标系下，得到不同采集视角下的待重建物体在世界坐标系下的空间三维点坐标。在本专利技术实施例中，假设世界坐标系上一点Xw在相邻采集视角的两个坐标系的成像点分别为mKc;，mp，空间坐标点Xw即为两个坐标系射影的交点，从而构成三角法。根据主动立体视觉原理，将采集到的深度图像数据统一到世界坐标系的步骤可以表示为 XRc =RRcXw +tRcScArc ^ KRc[l \ O^rc' =^Rc(I)s>P =KjRi id mp=mp-6(mp;Qp)其中，Xw(xw，yw, zw)表示世界坐标系的空间三维点坐标，RK。为3X3的矩阵，表示从世界坐标系到黑白相机的采集坐标系的旋转变换，tK。为3 X I的矩阵，表示从世界坐标系到黑白相机的采集坐标系的平移向量。而^表示齐次坐标，即Xifc表示在黑白相机的采集坐标系下Χκ。的齐次坐标，S。表示尺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种物体的三维真实感重建方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：利用三维扫描设备采集待重建物体的深度图像数据和纹理图像数据，利用所述深度图像数据建立所述待重建物体在世界坐标系下的几何模型，并将采集的所述纹理图像数据映射到所述几何模型上，得到所述待重建物体的三维纹理模型；利用马尔科夫算法得到所述三维纹理模型的最优分割结果，并提取分割后各图像区域的边缘三角形；对分割后的所述三维纹理模型的纹理接缝进行融合，重建所述待重建物体的真实感三维模型。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭翔，刘星明，刘晓利，李阿蒙，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：