[发明专利]一种用于雪雕3D重建的结构光测量方法

说明书

一种用于雪雕3D重建的结构光测量方法，涉及结构光测量技术领域，针对现有技术中雪雕3D重建测量时，由于作业场景、强烈的环境噪声和特殊的表面光学特性的影响，导致测量准确性低的问题，本发明在不改变结构光传感器结构的前提下，通过数字图像处理手段提高系统抗噪能力，保证测量结果的精度和实时性，使传感器能够作业于野外复杂环境中，扩大了结构光传感器的应用范围，提高了测量的准确性。本发明整个处理过程将结构光图像中的关键问题集中到一个时空跟踪框架中，测量结果兼顾鲁棒性、准确性和实时性。

技术领域

本发明涉及结构光测量技术领域，具体为一种用于雪雕3D重建的结构光测量方法。

背景技术

雪雕是我国北方特有冰雪雕刻艺术形式，尤其是艺术家根据雪坯的形状、质地并结合 周围场景、融合了作者当时的思想和灵感现场创作的“雪雕艺术品”更是具有极高的艺术价 值和经济价值，雪雕塑艺术品的数字化建档是突破时空藩篱、实现冰雪艺术信息化传播拓展的重要手段，是冰雪博物馆数字化存档和展示中不可或缺的部分。

现有的冰雪雕塑数字化存档主要采用摄像机拍摄雪雕的视频和照片，尽管这些二维影 像记录了雕塑的很多原有信息，但从艺术档案保存和生动再现艺术品的角度来说，现有二 维平面数据信息已难以满足如今更加细致的文物建档与研究需求。详细记录每件雕塑的三维信息，这在摄像机上是无法实现的。设计者和相关单位更是需要将雪雕艺术品在计算机 上实现数字化保存，以便于通过3D电影、3D打印等技术重现雕塑的原貌。

但由于雪雕直接暴露于户外环境中，阳光、阴影、反光等环境噪声随处可见，且雪雕 体积较大，无法一次性完成扫描，并且表面反光强烈，大部分面积颜色单一，相对于传统的3D测量，雪雕3D重建的最大难题在于复杂的作业场景、强烈的环境噪声和特殊的表面 光学特性。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术中雪雕3D重建测量时，由于作业场景、强烈的环境噪声和特殊的表面光学特性的影响，导致测量准确性低的问题，提出一种用于雪雕3D重 建的结构光测量方法。

本发明为了解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种用于雪雕3D重建的结构光测量方法，包括以下步骤：

步骤一：首先布置结构光传感器，所述结构光传感器由摄像机和一字激光器组成，然 后根据张正友标定法对结构光传感器进行标定，最后采集混有噪声的视频序列；

步骤二：采用极大似然估计方法区分视频序列中的环境噪声；

步骤三：构建RGB权重函数进行颜色空间变换，生成单色值图像；

步骤四：对单色值图像进行阈值分割；

步骤五：在单色值图像上做边缘检测，量化光条为点对([t,p_n(t)],[t,p_n+1(t)])，采用重 心计算法计算亮度重心位置，将其作为光条潜在位置的状态x_n(t)，n表示在第t步上的状态 索引，n∈[1，X(t)],X(t)表示第t步上的状态量总数，将点对之间的距离定义为观测量 y_n(t)＝|p_n(t)-p_n+1(t)|得到空间上下文，其中[t,p_n(t)]为第t步上的边缘像素点的坐标；

步骤六：利用空间上下文的空间约束建立帧间关联，然后构造参数：初始概率分布、 状态转移概率分布和观测概率分布，最后构建空间轴上的HMM模型，即S-HMM；

步骤七：最大化步骤五中产生观测序列Y＝{y(1),…,y(N)}的概率，通过Viterbi解码， 提取光条中心线；