[发明专利]一种基于RGBD相机的三维人体快速建模系统

说明书

本发明公开了一种基于RGBD相机的三维人体快速建模系统，利用多台RGB‑D相机组建扫描阵列，使用自动标定技术对扫描阵列进行标定，获得标定矩阵并自动导入扫描系统，开始扫描后阵列中的RGB‑D相机同时运行，各自独立扫描目标对象，获得对应位姿的点云数据。利用点云优化技术处理所采集点云数据，获得可用于三角网格化的优质点云。利用快速三角网格化算法，实现从点云到三角面片模型的重建，利用色彩映射技术获得带有色彩的三维人体模型。本发明是一种基于多个RGB‑D相机构建扫描矩阵，快速采集人体特征数据，实现精度高，颜色纹理精细的人体三维模型重建的技术。

技术领域

本发明属于多学科交叉的研究领域，是机械测量、计算机图形学、图像处理在工程中的重要应用，特别涉及一种基于RGBD相机的三维人体快速建模系统。

背景技术

随着立体视觉技术的发展和三维扫描仪、激光雷达等坐标测量设备的逐渐普及，使得三维点云模型的获取越来越快捷。目前常见深度图像的获取方式分为接触式和非接触式，非接触式又分为主动扫描和被动扫描。非接触式的主动扫描常见有手持激光系统、TOF(Time-of-Flight)相机、结构光系统以及深度传感器等。手持激光系统对待测物体发出激光点或线性激光束，以感测元件测量待测物到设备之间的距离，通常需搭配校正装置。这种方法在于可得到较准确的深度数据，但需额外的设备辅助，且一次只能得到一个点或一条线的深度数据，须多次扫描才能获取完整的数据。TOF相机利用激光束探测目标物，借由计算激光束脉冲往返一趟的时间换算出物体与设备之间的距离而获取深度数据。这种方法可以快速简便得到深度数据，不需多余的仪器来辅助，缺点是价格高昂以及数据信息量过大。结构光系统利用可变光源在时间上连续调整光线的强弱，通过观察图像每个像素的亮度变化与光的相位差，计算出距离深度。结构光系统的优点在于获取图像数据的质量较好，但需要多个摄像头进行协调配合工作，且受光照条件影响较大，对系统要求较高。这种三维重建技术虽然重建数据精度高，但系统操作复杂、设备昂贵，不适合普通用户使用。因此如何降低生产成本，如何快速便宜地对物体建模,是三维重建技术发展的一个重要目标。

现有的三维人体重建技术多利用一台或者两台三维扫描仪，配合转台实现人体三维特征扫描，进一步实现三维人体模型重建；这种方法，受限于转台的旋转时间，扫描时间较长，同时要求在扫描同时，扫描对象要保持长时间静止状态，不利于实际应用。

或是通过低分辨率下的图像轮廓和深度数据结合，再利用已有的三维人体模版模型估计人体形状，进一步实现三维重建，这种方法重建精度不高，脸部，服装等细节不明显。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提供一种基于RGBD相机的三维人体快速建模系统，是一种基于多个RGB-D相机构建扫描矩阵，快速采集人体特征数据，实现精度高，颜色纹理精细的人体三维模型重建的技术。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于RGB-D相机的三维人体快速建模系统，利用多台RGB-D相机组建扫描阵列，使用自动标定技术对扫描阵列进行标定，获得标定矩阵并自动导入扫描系统；开始扫描后阵列中的RGB-D相机同时运行，各自独立扫描目标对象，获得对应位姿的点云数据，利用点云优化技术处理所采集点云数据，获得可用于三角网格化的优质点云；利用快速三角网格化算法，实现从点云到三角面片模型的重建，利用色彩映射技术获得带有色彩的三维人体模型。

所述的使用自动标定技术对扫描阵列进行标定，步骤如下：

1)选取扫描面部细节的RGB-D相机坐标系作为基准坐标系；并依次按顺时针将其他RGB-D相机坐标系定为待变换坐标系；

2)自动标定程序运行时，利用驱动控制所需标定的两台RGB-D相机在同一时刻对同一标定对象棋盘格进行扫描，提取二维图像中的对应的角点特征点；

3)变换矩阵的计算，获得二维图像角点后，将二维图像坐标系角点转换为相机坐标系下的三维点，并计算变换矩阵完成标定。