CN102800123A - 一种便携式图像全息三维重建*** - Google Patents

一种便携式图像全息三维重建*** Download PDF

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梁震华
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Abstract

一种便携式图像全息三维重建***，包括一控制软件控制的三维测量装置，所述三维测量装置包括一光栅相干仪和一信息采集器，所述光栅相干仪由光源总线、光栅总成、第一伺服传动总成和第一电动云台组成，所述信息采集器由成像***、第二伺服传动总成和第二电动云台组成，所述三维重建***还包括一计算软件，该计算软件包括图像处理模块、矢量处理模块、三维处理模块和三维重建模块，其中矢量处理模块具有矢量处理、一次定标和二次定标功能，三维处理模块具有三维基本编辑、曲线处理、点云转曲面、曲面处理、创建三维实体和三维统计功能，所述三维重建模块具有H面投影、像平面投影、体视匹配、模型贴面和模型重建功能。

Description

一种便携式图像全息三维重建***
技术领域
    本发明属于图像信息处理技术领域，尤其涉及一种便携式图像全息三维重建***。
背景技术
    现有技术中，三维重建更多的是采用激光扫描仪的方式。该技术不仅时间和投资成本较高，更重要的是应用有很多限制，远远不能满足小到游戏或消费品领域大到航空精密加工领域，甚至是军事精密地图合成或者导弹地形匹配领域的迫切要求。尤其在高端应用，尤其要求传统的三维重建理论在大胆突破的基础上，构建一种全新的便携式的图像全息三维重建***。
发明内容
    本发明提供一种突破了传统理论的便携式的三维重建***。
一种便携式图像全息三维重建***，包括一控制软件控制的三维测量装置，所述三维测量装置包括一光栅相干仪和一信息采集器，所述光栅相干仪由光源总线、光栅总成、第一伺服传动总成和第一电动云台组成，所述信息采集器由成像***、第二伺服传动总成和第二电动云台组成，所述三维重建***还包括一计算软件，该计算软件包括图像处理模块、矢量处理模块、三维处理模块和三维重建模块，其中图像处理模块具有边缘检测、拐点检测、图像基本处理和图像矢量化功能，矢量处理模块具有矢量处理、一次定标和二次定标功能，三维处理模块具有三维基本编辑、曲线处理、点云转曲面、曲面处理、创建三维实体和三维统计功能，所述三维重建模块具有H面投影、像平面投影、体视匹配、模型贴面和模型重建功能。
   与传统三维重建技术相比，表一能较好的看出其中的区别；
Figure DEST_PATH_IMAGE001
。
附图说明
图1 是本发明的三维重建***中计算软件模块示意图
图2 是本发明三维重建***中三维测量装置中光栅相干仪组成模块示意图
图3 是本发明三维重建***中三维测量装置中信息采集器组成模块示意图。
具体实施方式
如图1结合2、3所示，本发明一种便携式图像全息三维重建***，包括一控制软件控制的三维测量装置，所述三维测量装置包括一光栅相干仪和一信息采集器，所述光栅相干仪由光源总线、光栅总成、第一伺服传动总成和第一电动云台组成，所述信息采集器由成像***、第二伺服传动总成和第二电动云台组成，所述三维重建***还包括一计算软件，该计算软件包括图像处理模块、矢量处理模块、三维处理模块和三维重建模块，其中图像处理模块具有边缘检测、拐点检测、图像基本处理和图像矢量化功能，矢量处理模块具有矢量处理、一次定标和二次定标功能，三维处理模块具有三维基本编辑、曲线处理、点云转曲面、曲面处理、创建三维实体和三维统计功能，所述三维重建模块具有H面投影、像平面投影、体视匹配、模型贴面和模型重建功能。
    本发明涉及的三维重建的空间概念，摆脱传统理论的束缚，论述了多视点图像无限远方向的参考基准原点，重新定义了多视点图像相互关系及其相互转换关系的定论。创立了以自适应视点空间坐标转换理论为基础的空间概念以及自适应视点空间坐标转换理论基础上的关于视觉图像转换三维模型的非线性算法推论。其中，多视点图像坐标变换算法是据自适应视点空间坐标转换理论推出的具体应用算法，揭示多视点图像间存在的相互关系；姿态标定算法是图像获取设备的姿态标定(也称外方位元素)，此算法是通过对图像的自动分析，即时获得不同视点拍摄设备的相对坐标系参数(X、Y、Z）及其姿态角度参数(∠X、∠Y、∠Z）的计算理论；体视匹配算法是视距异变非线性图形匹配及像素点对像素点转换定理。这是该项目理论的又一突破，解决了基于图像特征点而三维重建中的瓶颈，点对匹配不基于图像特征、相邻等繁多算法而是单一交汇匹配算法。
    本***的三维重建包括被动式和主动式，被动式重建利用***专用相干光源干涉获取图像来重建物体全息三维数字信息的技术。主动式重建利用二幅以上不同视点的图像来重建物体结构三维数字信息的技术。
本***的姿态测控是通过即时图像与已知三维模型的比对运算，快速得到图像获取设备各种姿态参数的技术。运用三维比对测量， 在制造领域，通过对零部件的三维重建模型与CAD理想模型作比对，获得加工、安装、形变等各种误差参数的技术。
本发明的三维重建软件***开发了拍摄分析模块，可以按重建精度、拍摄环境条件等因素来快速确定重建图像拍摄时的各硬件参数，以提高拍摄效率与成功率。自适应技术还将在X光影像、CT扫描影像、超声影像、红外影像、雷达影像的三维重建领域展开深入的研究开发。
    以下说明本***的图像与相关信息的获取流程。
1、照相机及专用光源
   ***将平面图像二维像素点还原成空间三维点的工作原理。***定制了图像获取仪，包括各***密度不同的数码和各种尺寸的传统胶片成像系列，保证了各种重建对象的图像采集质量。为被动重建设计制造了特殊干涉源，它能对特定重建物体投射光栅，拍摄过程中将以不同旋转角度进行照射，以获取这些物体的光栅投射图像，为特殊要求的重建提供了必要的硬件保障。
2、摄影镜头的选择
首先要按拍摄范围、距离、物体大小等因素，选择适当焦距段的镜头，使拍摄对象尽可能充满画幅，以有效利用有限的像素，提高重建精度。再根据气候、光照、大气密度、光源性质等因素在这个焦距段里选取反差、锐度等指标合适的镜头，使成像方便***识别。
总之，镜头的各项光学特性将直接影响软件对图像的定标，也影响了对图像获取仪图像采集时姿态标定的精确度，从而将对三维重建结果产生影响，因此在获取图像过程中，镜头的选取可以认为是决定性的步骤，必须慎重对待。
3、获取相关参数
   在获取图像过程中必须对拍摄参数作精确测定和记录。利用红外测距仪测量拍摄距离、两相机节点距离，记录所用镜头理论焦距、镜头牌号及编号、拍摄用光圈、速度、感光度；必要时记录气候情况、拍摄时间、光照方向、季节等相关资料。被动式重建的图像还必须记录所用干涉源的密度、旋转角度等参数。
4、主动式重建和被动式重建图像的获取
主动式重建，二套图像获取仪在设定的机位同时拍摄。拍摄时不借助***的干涉源，利用二幅图像在***软件中进行三维重建。一般用于结构特征较强、范围较大的对象，如外景建筑等。
被动式重建，将主动重建中的一套图像获取仪用干涉源替代，旋转光栅，以不同角度投射到被摄物体上，图像获取仪则摄录被光栅照射的物体，然后在***软件中以拍摄时所用型号光栅的对应特制影像与此图像进行三维重建。
5、***软件的图像处理
三维重建软件对于图像处理的要求与通常视觉影像有着本质的区别，***软件特别增加了自身的图像处理部分，它基本分为图像灰度转换、边缘检测、图像矢量化三个步骤。经参数设定后进行以上三步处理，结果的矢量图像就能被***软件的重建部分识别。
6、软件重建时的定标
在本***中，定标是最为关键的重建参数设定过程，精确地定标，能使***软件对图像获取仪工作姿态作准确的还原（姿态标定），能使标定的各项数据误差控制在两个像素的精度之内。从根本上保证了重建结果的准确性。
7、三维重建
***软件在经过了图像处理、影像标定后，就进入了最终的三维重建阶段。它又分为自动三维重建与手动三维重建两种手段。自动三维重建，在完成了上述所有步骤的基础上，在软件中加设扫描角度等参数后，软件将自动对平面图像的二维像素点进行了三维重建，在结果窗会自动生成由三维点构成的重建结果。手动三维重建，一般图像经过自动重建就可完成重建作业，得到完美的结果，而对于一些特殊的图像，在结果还不完美的情况下，就可通过手动三维重建进行局部手动对应的重建，从而得到更理想的结果。
在软件中可以对以上重建的三维结果进行全真的着色渲染，它能通过对应的彩色照片将结果着色，得到全真的彩色三维点，使重建结果完全逼真。
***软件对结果进行全方位的旋转和移动，在设定了移动或旋转轴后，加上偏移、旋转数据，点击移动或者旋转键，结果会按设定移动或旋转，以此对重建的三维结果进行检验。

Claims (1)

1.一种便携式图像全息三维重建***，其特征在于，包括一控制软件控制的三维测量装置，所述三维测量装置包括一光栅相干仪和一信息采集器，所述光栅相干仪由光源总线、光栅总成、第一伺服传动总成和第一电动云台组成，所述信息采集器由成像***、第二伺服传动总成和第二电动云台组成，所述三维重建***还包括一计算软件，该计算软件包括图像处理模块、矢量处理模块、三维处理模块和三维重建模块，其中图像处理模块具有边缘检测、拐点检测、图像基本处理和图像矢量化功能，矢量处理模块具有矢量处理、一次定标和二次定标功能，三维处理模块具有三维基本编辑、曲线处理、点云转曲面、曲面处理、创建三维实体和三维统计功能，所述三维重建模块具有H面投影、像平面投影、体视匹配、模型贴面和模型重建功能。
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