[发明专利]基于多视角立体视觉的人体手部三维采集方法

说明书

本发明公开了一种基于多视角立体视觉的人体手部三维采集方法，包括图像采集环境搭建，环形相机阵列标定，以及基于图像像素匹配生成点云的系统化方法。搭建一个适合手部图像采集的实验室环境，使用特殊笼型采集装置和灯带光源。环形标定相机阵利用SFM算法和特殊标定物估计相机的内外参数。通过颜色信息获取手部图像的二值化掩码。通过匹配算法进行图像对的匹配并恢复物体的深度信息，计算三维点云。本发明的手部三维采集方法具体、实际、有效，图像细致清晰，标定相机精度高，很好地恢复了手部三维信息。

技术领域

本发明涉一种基于多视角立体视觉的人体手部三维采集方法，属于计算机视觉中的三维重建技术领域。

背景技术

计算机视觉中，三维重建作为其中一个重要的领域，一直备受关注。实现恢复物体三维信息的方法有很多，主要分为两大类，分别是主动方法和被动方法。主动方法是指利用如激光等发射到物体表面，利用返回的信息获取表面的深度。主要有莫尔条纹法、飞行时间法、结构光法和三角测距法等。被动方法是指通过采集物体表面的光线信息，获取图像，再利用算法计算深度信息。被动式方法设备简单，使用范围更广。

基于图像的立体视觉三维重建，主要包括双目立体视觉和多视角三维重建。其中双目立体视觉发展较早，相对成熟。由于双目立体视觉的局限性，需要更多相机视角，对生成的三维模型施加进一步约束，或者丰富更多的三维信息。多视角三维重建有基于轮廓和基于像素特征的方法。

在图像采集的环境搭建中，依据光照分为恒光照系统以及变光照系统。恒光照系统采用恒定光源提供照明，无需随光源进行特殊的控制。目前基于多视角的人体三维采集主要集中于人脸和身体，少有针对手部的三维采集。

基于图像的三维重建对图像质量和目标物体的材质纹理有很高的要求。人体皮肤颜色均一、图像特征不明显，这对基于图像的人体三维重建提出了巨大挑战。手部相对于脸部，拥有更多的重复纹理。传统的脸部重建方法基于脸部半球的几何特征，手部的三维几何结构为扁平面和细长圆柱体，传统环境搭建和重建算法不再适用于手部。基于被动式多视角方法的手部的三维信息采集有很大的挑战。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

一种基于多视角立体视觉的人体手部三维采集方法，包括以下具体步骤：

步骤1，手部图像采集环境搭建，即为搭建包括升降旋转式笼型采集器、以及固定在升降旋转式笼型采集器上的相机和光源的三维重建采集系统，以采集手部图像；

步骤2，制作一个基于计算机视觉领域的随机特征的标定物体，所述标定物体由一个圆柱体侧面和一个长方形底部平面组成，圆柱体侧面放置在长方形底部平面上，圆柱体侧面的高度高于手掌长度；

步骤3，将标定物体放置在升降旋转式笼型采集器的中心，转动标定物体的同时，控制所有相机拍摄标定物体，得到若干组标定物体的图像，其中最后一组标定物体的图像设定为标定图像，其余设定为辅助图像；

步骤4，将辅助图像和标定图像同时使用SFM算法估计相机内外参数，得到标定图像对应的相机内外参数，完成相机标定；

步骤5，将被采集者的手部放置在升降旋转式笼型采集器的中心，控制所有相机拍摄被采集者的手部，得到一组同步的多视角的手部图像；

步骤6，通过步骤5采集的多视角手部图像中的颜色信息，获取其的二值化掩码；

步骤7，基于步骤4得到的标定图像对应的相机内外参数、步骤5得到的手部图像以及步骤6获取的二值化掩码，获取被采集者的手部三维点云。