[发明专利]基于单目结构光的三维建模方法

说明书

技术领域

本发明隶属于近景摄影测量领域，涉及计算机视觉测量方法，特别涉及一种快速恢复物体三维表面模型的测量方法，属于图像处理、计算机视觉领域，也属于逆向工程领域。

背景技术

随着信息技术的发展，人们越来越不满足现有的图片信息，二维平面信息向3D发展已是趋势所在。3D信息在产品展示推广，文物保存展览，工业设计制造，图纸恢复等方面有着2D信息不可比拟的优势。因此快速，真实，客观建立物体三维表面模型，越来越受到人们的关注。目前三维建模一般采用激光扫描获取目标三维点云，然后使用商用软件例如PolyWorks等进行三维重构。激光扫描仪的昂贵价格极大限度的影响了三维建模的发展，迫切需求一种同样高精度但价格低廉的点云获取设备。

近景摄影测量中很早就开始了结构光的使用，采用结构光给物体表面加上主动特征，可以克服近景摄影测量中目标物纹理信息贫乏的弊端。利用激光的高亮度和方向性特点，可以投影成很好的激光平面，在物体表面形成一条激光亮线。利用加滤光片的相机拍摄，能方便提取激光线条。单目结构光测距实质是使用三角法测量距离原理，由于收到物体表面高度的调制，像片形成的曲线条，其坐标反映物体上剖面的高度数据。结合一台一维移动装置，就可以得到物体多个剖面的高度数据，也就形成了物体的三维点云模型。

上述中三角法测量距离原理基本思想如下：

如图1所示，在给定的坐标系下，激光发射器产生的激光平面plane和摄像机的位置、姿态可以精确标定。设物方激光线条上的任意一点P(X，Y，Z)，在摄像机上有像点坐标p(x，y)。则该物方点必包含于激光平面内plane，同时也包含于摄影中心O与像点坐标p(x，y)构成的直线上l。那么直线l与平面plane的交点P′(X′，Y′，Z′)正是P(X，Y，Z)在给定坐标系中的坐标。再根据承台的平移量(dx，dy)，即可确定移动前该物方点在给定坐标系下的坐标值。

设经过标定的激光平面

Ax+By+Cz＝1                ①

物方坐标到像方坐标使用DLT变换，变换模型为

x=L1X+L2Y+L3Z+L4L9X+L10Y+L11Z+1y=L5X+L6Y+L7Z+L8L9X+L10Y+L11Z+1]]>②

由①②可以得