[发明专利]一种不依赖于机械摆放的三维重建加速方法、系统及设备

说明书

本发明属于三维重建领域，具体涉及了一种不依赖于机械摆放的三维重建加速方法、系统及设备，所述方法包括：获取相机任意角度拍摄的被测物体表面的投影图案；确定所述投影图案中每个像素点对应的物点分别在相机图像坐标系中的第一坐标数据和投影仪图像坐标系中的第二坐标数据；根据第二坐标数据、位姿矩阵参数和预设记录表单参数计算每个像素点对应的物点在相机坐标系中的深度值；根据所述深度值、第一坐标数据计算得到每个像素点对应的物点在相机坐标系中的三维坐标数据，称作空间点坐标数据；利用各个空间点坐标数据形成的三维点云数据进行三维重建。本发明在实现加速三维重建的过程中保证了重建精度。

技术领域

本发明属于三维重建技术领域，具体涉及了一种基于不依赖于机械摆放的三维重建加速的方法、系统及设备。

背景技术

三维重建技术是计算机视觉技术的重要分支之一，是计算机视觉和工业测量领域相结合的一个热门研究领域，在生产生活中得到了越来越广泛的应用。三维重建技术主要分为被动式视觉和主动式视觉两类。被动式视觉系统利用视觉传感器，被动的感应目标物体表面反射的环境光成像，该方法适用于光照充足的场景；主动式视觉系统带有可控制的主动光源，主动向目标物体表面投射已知编码的光信号，并由视觉传感器感应光信号成像。

目前，结构光技术是实现物体表面三维重建最可靠而有效的技术。结构光技术是主动式三维重建技术的一种，该技术通过投影仪将结构光编码图案投射到被测目标物体表面，再通过相机捕获结构光图像，通过对结构光图像进行解码处理，再基于三角测量原理计算得到物体表面的三维点云数据，实现三维重建。

三维点云数据是由物体表面的空间点坐标等数据组成的，结构光三维重建原理主要是求解物体表面的空间点坐标。在投影仪和相机的机械摆放位置存在夹角时，空间坐标点求解公式是一个含有三个变量的函数，三个变量分别为相机坐标系中像素的行坐标、列坐标和投影仪坐标系中像素的行坐标或列坐标中的任意一个，空间点坐标由三个变量来唯一确定。并且三个变量均为相机、投影仪分辨率范围内的整数，因此可以预先计算出三个变量的每个值分别对应的空间点坐标，并生成记录表单，后续只需要根据记录表单来查找对应空间点坐标即可，避免了计算，加速了三维重建。但是由于三个变量的记录表单，需要占用巨大的磁盘和内存空间，一般设备无法承受。

因此，现有技术中通过将相机与投影仪的机械位置对齐的方式，使两者各维方向对齐来将三个变量的求解公式降解为两个变量的求解公式，使记录表单被压缩几百倍后在本地存储。

但是这种方式虽然加速了三维重建，却必须依赖于投影仪和相机的机械摆放位置，由于受到机械加工精度的制约，机械加工的误差会导致摆放误差，进而影响三维重建的精度。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即在加速三维重建的同时不依赖于机械摆放，保证三维重建精度的问题，本发明提供了一种不依赖于机械摆放的三维重建加速方法。

本发明的第一方面提出了一种不依赖于机械摆放的三维重建加速方法，所述方法包括：

获取相机任意角度拍摄的被测物体表面的投影图案；

确定所述投影图案中每个像素点对应的物点分别在在相机图像坐标系中的第一坐标数据和投影仪图像坐标系中的第二坐标数据；其中，所述第一坐标数据为物点在相机归一化成像平面上对应的像点的坐标数据；所述第二坐标数据为物点在投影仪归一化成像平面上对应的像点的坐标数据；

根据第二坐标数据、位姿矩阵参数和预设记录表单参数计算每个像素点对应的物点在相机坐标系中的深度值；其中，所述预设记录表单参数为第一坐标数据对应的方向向量在投影仪坐标系中的向量数据；

根据所述深度值、第一坐标数据计算得到每个像素点对应的物点在相机坐标系中的三维坐标数据，称作空间点坐标数据；

利用各个空间点坐标数据形成的三维点云数据进行三维重建。

可选地，第一坐标数据的确定步骤包括：