[发明专利]三维数字化测量中的一种颜色渲染方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机三维测量技术领域，具体涉及三维数字化测量中的一种颜色渲染方法。

背景技术

常见的视觉测量技术主要包括：结构光视觉法、立体视觉法、相位光栅法和光影轮廓法等。这些技术的发展和完善，推动着三维数字化技术的发展。三维数字化技术被广泛应用于，如：工业制造与设计、模具行业、计算机辅助设计、多媒体及虚拟现实、艺术品数字化及制造、安防系统和医疗工程等各个领域。随着三维数字化测量技术的深入应用，在许多行业中，不仅要求获得三维形貌数据，更需要获取三维数据的颜色信息，如动画设计、文物鉴赏、考古学和三维照相技术等。三维颜色信息获取技术一般称为：颜色渲染或彩色贴图技术。含有颜色信息的三维模型可以更真实地将物体再现于计算机屏幕，并更细致地展示三维细节信息。因此，三维数字化技术随着颜色渲染技术的发展将得到更广泛的应用。

目前，在颜色渲染技术上已有相关研究，如：美国Arius3D公司采用三色激光器投射到物体上，根据各自的反射光强求解物体的颜色，并结合激光三角法得到的三维坐标，实现三维颜色渲染；专利200510015151.5开发了一种针对结构光被动扫描方式的颜色渲染方法，提高了普通扫描线颜色渲染的效率，但因三维数据采集系统和颜色渲染采用同一个彩色摄像机，而一般的彩色摄像机的解析度较低、采集稳定性不高，在进行较远距离的三维测量时，会因此出现大量三维噪声信息；以上两种颜色渲染方法适用于结构光视觉测量方法。加拿大Inspect公司采用相位光栅方法采集物体三维信息，然后拍摄二维彩色照片进行三维物体的纹理贴图，这种方法的颜色渲染精度不好控制，易于发生贴图变形。

发明内容

本发明鉴于目前颜色渲染方法的应用缺点，提供一种应用于三维数字化测量技术中的较为通用、简单易于实现、并且渲染精度较高的方法。这种方法可称为双摄像机颜色渲染方法。

为此，本发明采用如下的技术方案：

三维数字化测量中的一种颜色渲染方法，由视觉测量系统中的单色摄像机以及与其相配合的视觉测量器件提取被测对象的空间三维坐标，其特征在于，将另一台彩色摄像机置于靠近视觉测量系统中的摄像机的位置，利用此台彩色摄像机采集被测对象的颜色信息，并为由视觉测量系统中的摄像机采集得到的空间三维坐标匹配颜色信息，得到彩色三维数据，实现三维数字化测量中颜色渲染。

作为优选实施方式，本发明按照以下步骤进行三维数据的颜色渲染：

(1)在视觉测量系统中的单色摄像机和彩色摄像机的公共视场内，在任意6-9个位置摆放平面靶标，每次摆放时两摄像机均采集靶标图像，并分别进行图像处理、提取靶标特征点，利用采集到的靶标特征点，分别对两摄像机进行Zhang的摄像机标定，得到两摄像机的内部参数矩阵(A)及镜头的径向和切向四个畸变量，其中内部参数矩阵(A)由摄像机焦距f_x，f_y和像面中心坐标u_o，v_o组成；

(2)以在该6-9个位置中的任意一个位置摆放的平面靶标建立的坐标系为世界坐标，建立两个摄像机和世界坐标系的位置转换关系；

(3)由两个摄像机和世界坐标系的位置转换关系，求解两摄像机之间的位置关系R和T，并建立像素匹配模型，