[发明专利]一种三维重构方法及三维成像系统

说明书

本发明涉及一种三维重构方法及三维成像系统。三维重构方法，包括：利用两个相机拍摄同一目标的图像，分别得到第一图像和第二图像；分别从第一图像和第二图像上提取特征点；对特征点进行初始化处理，得到特征点描述子；对第一图像上提取的每个特征点分别进行如下处理：将第一图像上提取的每个特征点的描述子与第二图像上提取的特征点的描述子分别进行运算，得到两个特征点的匹配度，根据匹配度最高的两个特征点的坐标来计算与匹配度最高的两个特征点对应的物点在两个相机的视差，进而得到与匹配度最高的两个特征点对应的物点的深度值和三维坐标。本发明无需预先标定结构光且提供的数据精度较高。

技术领域

本发明涉及一种三维重构方法及三维成像系统。

背景技术

三维相机主要有两种技术路线：一种是飞行时间相机(Time of Flight)，另外一种是立体相机(Stereo Camera)。

飞行时间相机是一种根据已知光速计算距离的距离成像相机。通过测量光信号的飞行时间，场景中任何物体上的一点到相机的距离可以被计算出来。

立体相机是一种双镜头的三维相机，其双镜头被用来模拟人眼的双目视觉。这类相机记录左右镜头的图像，通过特殊的显示从而让用户产生3D印象(类似3D电影)而并不会真正计算深度值，因此不能被用在其它需要三维数据的应用上，比如3D打印等。

当立体相机被用来确定场景中每一点的深度值时，我们需要在两幅不同的图像对上找对应点。如何解决特征点匹配的问题(包括匹配的运算速度)是这条技术路线的核心问题。

目前，一种方案是直接从彩色图像中找对应特征点来计算深度信息。这种方法的优点是不需要额外的光源，在自然光照情况下就可以工作，而且测量距离比较远；缺点是精确度低，特别是当图像的色彩和亮度均一时，这种方法将失效。

另一种方案是利用结构光。其优点是精确度高，可以只用一个镜头；缺点是结构光投影仪必须被预先标定，同时还有仪器间干扰问题。

发明内容

基于以上各项技术中存在的问题，本发明提供一种三维重构方法及三维成像系统，省略对结构光预先标定的步骤，并提高三维数据的精确度。

本申请的第一方面提供了一种三维重构方法，包括：

利用两个相机拍摄同一目标的图像，分别得到第一图像和第二图像；

分别从第一图像和第二图像上提取特征点；

对特征点进行初始化处理，得到特征点描述子；

对第一图像上提取的每个特征点分别进行如下处理：

将第一图像上提取的每个特征点的描述子与第二图像上提取的特征点的描述子分别进行运算，得到两个特征点的匹配度，

根据匹配度最高的两个特征点的坐标来计算与匹配度最高的两个特征点对应的物点在两个相机的视差，进而得到与匹配度最高的两个特征点对应的物点的深度值和三维坐标。

本申请采用双相机结构，通过比较即时采集的两幅图像，对特征点进行数值化处理得到描述子并进行匹配处理，进而取得目标物体的三维坐标来进行重构，无需预先标定结构光，并且匹配速度快，可靠性高。

进一步地，对第一图像上提取的每个特征点分别进行处理时，可以将第一图像上提取的每个特征点的描述子与第二图像上提取的所有特征点的描述子分别进行运算，得到两个特征点的匹配度。

进一步地，对第一图像上提取的每个特征点分别进行处理时，可以将第一图像上提取的每个特征点的描述子与第二图像上提取的对应的极线上的点的描述子分别进行运算，得到两个特征点的匹配度，此处，极线指的是空间中的一点与一个相机中心的连线在另一个相机中的投影。