[发明专利]一种三维重建方法和系统

说明书

本发明公开了一种三维重建方法和系统，其中方法的实现包括：基于校正后的左、右视角图像提取左、右特征点的特征向量，通过计算左、右特征点特征向量之间的空间距离寻找左、右支撑点，基于左支撑点对左视角图像进行三角剖分得到多个左三角形，在左三角形内取左估测点，右估测点由左估测点在右视角图像对应行遍历得到，基于左估测点的视差先验信息和左、右估测点之间的似然概率分布建立联合概率分布，使用最大后验概率估计左、右估测点之间的视差，得到视差图；基于视差图使用三角测量恢复目标景深信息，得到三维点云。这种方法可以快速、精确的找到视差图，上述方法得到的点云可用于厚度测量和距离测量，实现了自动化测量。

技术领域

本发明属于计算机视觉领域，更具体地，涉及一种三维重建方法和系统。

背景技术

三维重建综合了图像处理，立体视觉，多视几何以及计算机图形学等多个领域的技术，是计算机视觉方向的重要研究方向。在一些难以做到人为实时监控的场景下，例如在安防视频监控领域，相比于传统的二维图像，三维的场景能够提供更加丰富和精确的信息，有助于识别可疑遗留物和非法闯入目标等。随着技术的发展，3D增强现实和虚拟现实技术也被用于视频监控领域。在气象灾害监控领域，三维重建技术可用于监控覆冰和积雪的厚度和体积，从而为灾害应急响应提供参考。三维重建技术也被用于对实时性和精确度要求较高的移动机器人导航，无人驾驶汽车和无人机领域，此外，三维重建技术在文物修复和人脸识别领域也有应用。

以上场景中应用三维技术的重要前提都是获取场景的实时三维信息，因此研究更快更精确的三维重建系统对于具体的应用是非常有意义的。目前，围绕相机数量的不同，三维重建技术可以分为单目重建，双目重建以及多目重建。

在工业和科研领域，获取目标三维信息并进行空间三维测量是一个重要命题。传统的测量技术可分为接触式测量和非接触式测量两类，其中非接触式测量又可分为光学主动/被动测量以及非光学方法。三维测量技术的重要手段就是对目标物进行三维重建，该技术作为非接触式光学被动测量方法已经广泛应用于遥感测量，生物医学测量，精密复杂零件的外形检测等传统测量方法无法适应或者不能取得满意的测量效果。

发明内容

针对以上需求和现有技术，本发明提供了一种三维重建方法和系统，能够实现对目标表面的三维实时(百万像素每秒)重建，并在重建的基础上实现距离测量与厚度测量。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种三维重建方法，包括以下步骤：

(1)图像采集与校正：用双目相机拍摄目标，获取左、右视角图像，校正左、右视角图像，使得左、右视角图像行对齐；

(2)提取特征向量：对校正后的左、右视角图像提取左、右特征点的左、右特征向量，所述特征向量包括SIFT特征向量以及Sobel与颜色的组合特征向量；

(3)寻找支撑点：通过计算左、右特征向量之间的空间距离寻找左、右支撑点集合S；

(4)进行三角剖分：基于左支撑点对左视角图像进行三角剖分得到多个左三角形；

(5)建立先验分布：在左三角形内取左估测点o_n^(l)，建立视差d_n的先验分布p(d_n|S，o_n^(l))；

(6)建立似然概率分布：右估测点o_n^(r)由左估测点在右视角图像对应行遍历得到，建立左、右估测点之间的似然概率分布p(o_n^(r)|o_n^(l)，d_n)；