[发明专利]双目立体视觉系统中场景点的三维重建方法

说明书

技术领域

本发明涉及立体视觉系统中场景点的深度测量及三维重建方法，适用于计算机视觉和摄影测量中双目立体视觉系统中场景点的三维重建方法。

背景技术

双目立体视觉系统主要是先对两个摄像机进行标定，得到摄像机的内、外参数；再通过一个场景点在两个摄像机中的对应图像点坐标，并通过融合两个摄像机观察到的场景点，求出该场景点在空间的三维坐标，对这些场景点进行重建得到三维原像。

进行三维重建时，两幅图像上对应点的原像在理论上出现在经过相机成像点和相应光心的射线的交点处。然而由于图像特征点的匹配误差和图像噪声的影响，经过光心和相应图像坐标点的射线永远也不会真正相交。在这种情况下，就需要提出合理的重建方法来确定空间中的三维坐标点。常用的方法是建立一条同时垂直两条射线并与两条射线相交的线段，采用这条线段上的中点的坐标作为相应两幅图像的像点的原像。这种方法在寻找线段跟射线相交并且垂直的过程比较复杂，往往得不到最优解。

发明内容

本发明的目的在于提出一种双目立体视觉系统中的场景点的三维重建方法，通过该方法可以直接、简单、准确的确定两幅图像点的三维坐标原像。为解决上述技术问题，本发明所采用的第一种技术方案为：一种双目立体视觉系统中场景点的三维重建方法，包括由两个摄像机(A、B)形成的双目摄像机，该方法包括如下步骤：

1)对双目摄像机中的摄像机(A、B)分别进行标定，得到摄像机(A、B)的内、外参数，并分别计算摄像机(A、B)的光心坐标O_A，O_B；

2)对摄像机(A、B)分别摄取的同一场景的两幅图像(π_A，π_B)，进行对应点匹配，求出两幅图像中的对应点坐标P_A，P_B；

3)用上述得到的摄像机(A、B)的光心坐标O_A，O_B和场景点在空间中的原像点坐标P作为控制顶点，生成一条2次Bézier曲线，其表达式如下所示：其中，u∈(0，1)；C²(u)＝(1-u)²O_A+2u(1-u)P+u²O_B

4)将上一步生成的2次Bézier曲线进行升阶处理得到3次Bézier曲线，该3次Bézier曲线以摄像机(A、B)的光心坐标O_A，O_B和上述两幅图像中的对应点坐标P_A，P_B作为控制顶点，该3次Bézier曲线的表达式如下所示：

C³(u)＝(1-u)³O_A+3u(1-u)²P_A+3u²(1-u)P_B+u³O_B

其中，u∈(0，1)；

5)计算场景点在空间中的原像点坐标P：由于上述生成的2次Bézier曲线C²(u)和3次Bézier曲线C³(u)表示空间中的同一条曲线，所以C²(u)＝C³(u)，即：

(1-u)²O_A+2u(1-u)P+u²O_B＝（1-u)³O_A+3u(1-u)²P_A+3u²(1-u)P_B+u³O_B

其中，u∈(0，1)，即得原像点坐标该原像点坐标P即为场景点的三维坐标，如此完成场景点的三维重建。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种多目立体视觉系统中场景点的三维重建方法，其包括多个摄像机，其选取其中任意两个摄像机构成双目立体视觉系统，再采用上述双目立体视觉系统中场景点的三维重建方法进行场景点的三维重建，然后将所有双目立体视觉系统所得到的场景点的原像点进行融合，得出最终三维重建结果。