一種拍攝三維還原重建方法技術

一種拍攝三維還原重建方法，包括①內部標定：測量數碼相機(2)的像距、焦距、光軸與機械軸的平行度；測量光干涉源的像距和焦距、光軸與機械軸的平行度；②外部標定：測量系統的相對姿態和絕對姿態參數，包括與X、Y、Z軸的夾角∠X、∠Y、∠Z，以及數碼相機(2)和光干涉源之間的距離及聚焦參數；③拍攝：數碼相機(2)在光干涉源照射下對被攝物拍攝；④獲取圖像及圖像處理：提取被攝物表面在光柵映射下的特征信息，實現多種圖像格式的輸出；所述⑤三維重建：讀取①內部標定中參數和②外部標定中參數，再調用④獲取圖像及處理后的圖像，完成像素點對體視匹配，實現像素點對三維重建還原。很大程度提高了三維還原重建的精度和速度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術系一種三維還原重建方法，尤其是涉及包括遠距離進行拍攝還原重建的一種方法。
技術介紹
三維重建技術是目前全球范圍最具吸引力的課題之一，世界各國投巨資在追求和提高更加逼真的還原質量，更加快速的重建速度。所謂全息三維重建技術是基于計算機立體視覺和計算機圖形學及光學成像原理，獲取三維空間物體圖像，數字化測量及還原重建的方法和裝置。 常規的方法是通過至少兩臺嚴格精確定位的圖像傳感器對同一物體進行成像獲得相對應的兩幅圖像傳送給計算機，根據光學成像原理計算確定空間物體上任一定標點的三維坐標幾何參數，由計算機建立數字模型，繼而還原重建原物體。為了獲取高保真的被攝物還原體，現有技術要求兩臺相機精確定位，保持兩臺相機靜止不動，嚴格測試兩者的精確距離，但是兩臺相機大量的零部件加工、組裝、裝配及拍攝等等因素，不可能沒有誤差，經過數十年的努力距離精度由毫米縮小至微米，至數十絲，幾近機械概念上的極限值，已難再有突破。相機間相互的絲毫誤差，導致測量、計算出的物體還原數據誤差被很大倍數放大，重建物體難以避免變形、失真。因此，本領域在努力尋找探索更好的還原重建手段和方法。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供能很大程度提高三維還原重建的精度和速度的一種方法。本專利技術的目的是通過以下技術方案來實現的，其特征在于所述重建方法包括①內部標定、②外部標定、③拍攝、④獲取圖像及圖像處理和⑤三維重建五部分；所述①內部標定測量數碼相機的像距、焦距、光軸與機械軸的平行度；測量光干涉源的像距和焦距、光軸與機械軸的平行度；所述內標定參數的取得需符合透視投影原理，光學成像原理。所述②外部標定測量系統的相對姿態和絕對姿態參數，包括數碼相機與X、Y、Z軸的夾角Z X、Z Y、Z Z，光干涉源的夾角Z X、Z Y、Z Z，以及數碼相機和光干涉源之間的距離及聚焦參數；所述③拍攝設置數碼相機與光干涉源的拍攝參數，達到抑制噪聲，達到獲得高銳度圖像及真彩色還原，數碼相機在光干涉源照射下對被攝物拍攝；所述④獲取圖像及圖像處理對圖像數據進行處理，提取被攝物表面在光柵映射下的特征信息，包括光柵條的二值數據、邊緣和中線，實現多種圖像格式的輸出；所述⑤三維重建讀取①內部標定中參數和②外部標定中參數，再調用④獲取圖像及處理后的圖像，完成像素點對體視匹配，實現像素點對三維重建及色彩還原，輸出包括點云、三角面格式及大數據量的存儲、調取、瀏覽、處理。進一步，所述⑤三維重建，采用由浙江華震數字化工程有限公司市場出售的還原重建數據處理器進行處理。進一步，所述④獲取圖像及圖像處理采用包括Photoshop的圖像處理軟件進行處理。進一步，所述①內部標定還包括測量數碼相機的鏡頭形變、測量光干涉源鏡頭形變、投射光的強度及光干涉條的精度。符合透視投影原理，以提高還原的精度。所述上述內容和步驟，可以由以下操作來實現所述①內部標定即，在一個直線上，不斷改變數碼相機與測試校正目標板之間的 距離，可以測試和取得所述基本參數，目標板可以是帶光源光柵的光干涉源。所述②外部標定S卩，一臺數碼相機和一臺設置在數碼相機側部的光干涉源，根據被攝物或被攝物欲重建部位的大小和距離，以及還原的精度，選擇數碼相機的數碼后背(CCD)密度和數碼相機鏡頭焦距，配置數碼相機和光干涉源相互的間距和夾角，達到數碼相機和光干涉源拍攝圖像存在共面，達到被還原對象部位成像面積最大程度占有數碼相機的數碼后背(CCD)；在光干涉源的光柵片上含有多條已知相互間距的光柵條和多個已知相互間距及特征的定標點；在保持被攝物相對于數碼相機和光干涉源三者相互的位置和角度不變的情況下，在被攝物的位置放置一塊標定板，標定板上投影光干涉源的光柵條和定標點；數碼相機對標定板進行拍攝成像；用光學成像原理、三角函數、各定標點的物距和像距值計算出數碼相機數碼后背(CCD)和光干涉源的實際間隔距離以及相互的夾角；即所述測量系統的相對姿態和絕對姿態參數，包括數碼相機與Χ、γ、ζ軸的夾角Z X、Z Y、Z Ζ，光干涉源的夾角Z X、Z Y、Z Ζ，以及數碼相機和光干涉源之間的距離及聚焦參數。所述③拍攝設置數碼相機與光干涉源的拍攝參數，達到抑制噪聲，達到獲得高銳度圖像及真彩色還原，數碼相機在光干涉源照射下對被攝物拍攝；所述④獲取圖像及圖像處理對圖像數據進行處理，提取被攝物表面在光柵映射下的特征信息，包括光柵條的二值數據、邊緣和中線，實現多種圖像格式的輸出；所述⑤三維重建讀取①內部標定中參數和②外部標定中參數，再調用④獲取圖像及處理后的圖像，完成像素點對體視匹配，實現像素點對三維重建及色彩還原，輸出包括點云、三角面格式及大數據量的存儲、調取、瀏覽、處理。根據被攝物表面在光柵映射下的特征信息和光干涉源光柵條及定標點的物理信息，用光學成像原理、三角函數，利用前述計算的數碼相機數碼后背(CCD)和光干涉源的實際間隔距離以及相互的夾角，計算出被攝物表面共面像素的物理三維坐標值，取得被攝物表面全套全息成像的信息數據。本專利技術的有益效果①本專利技術采用內部標定、外部標定，提前取得相機的內方位元素和外方位元素，便可通過反推法精確取得數碼相機和光干涉源之間的距離，為實際拍攝，還原重建提供了基礎，而摒棄了現有技術必須將兩臺相機固定，精確實際測量出相互距離為拍攝還原基礎的方法。②采用數碼相機數碼后背來計算數碼相機的距離，還原精度可以精確至I個像素級，目前通用數碼相機可以達到百萬、千萬，上億級像素，因此，其還原數度和速度較現有技術采用幾何長度測量、計算幾乎無可比擬。③本專利技術首次提出了由標定板的標定反推兩臺數碼相機距離的測試還原方法，實現了數十、上百甚至更高級別的精度提高，由于采用的瞬間拍攝方法，因此可以應用于移動航空拍攝取樣，在三維還原領域中具有革命性的成果。④由本專利技術可實現一臺數碼相機與一光干涉源在拍攝中出現共面的條件下自由擺放不受約束。附圖說明圖I是本專利技術拍攝三維還原重建方法的一實施方式，采用的標定板部件的主視 圖；圖2是本專利技術拍攝三維還原重建方法的一實施方式，進行標定操作的配置示意圖；圖3是本專利技術拍攝三維還原重建方法的物距和數碼相機焦距的關系圖；圖4是本專利技術拍攝三維還原重建方法中矩形邊框實物在一臺數碼相機數碼后背上成形的幾何關系圖；圖5是圖4矩形邊框的垂直線在一臺數碼相機數碼后背上成形的幾何關系圖；圖6是圖4矩形邊框的水平線在一臺數碼相機數碼后背上成形的幾何關系圖；圖7是兩臺數碼相機對目標物在數碼后背上成形的幾何關系圖；圖8是本專利技術拍攝三維還原重建方法的主要
技術實現思路
。圖中，I為標定板、Ia為定標點、2為數碼相機、3為機架；A為左定標點、B為右定標點、C為右數碼相機、D為左數碼相機；al為左數碼相機至左定標點距離、al'為左數碼相機至右定標點距離、m為兩定標點距離、a2為右數碼相機至左定標點距離、a2'為右數碼相機至右定標點距離、η為兩數碼相機距離；a為定標點至數碼相機數碼后背的距離(物距)、b為數碼相機的焦距；X是矩形邊框實物水平線長度、Y是矩形邊框實物垂直線長度、Z是矩形邊框實物頂點至數碼相機鏡頭原點的距離；X是矩形邊框在數碼后背上成形的水平線長度、y是矩形邊框在數碼后背上成形的垂直線長度、z是矩形邊框在數碼后背上成形的頂點至數碼相機鏡頭原點的距離；OL是左側數碼相機，OR是右側數碼相機，P是本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種拍攝三維還原重建方法，其特征在于：所述重建方法包括①內部標定、②外部標定、③拍攝、④獲取圖像及圖像處理和⑤三維重建五部分；所述①內部標定：測量數碼相機(2)的像距、焦距、光軸與機械軸的平行度；測量光干涉源的像距和焦距、光軸與機械軸的平行度；所述②外部標定：測量系統的相對姿態和絕對姿態參數，包括數碼相機(2)與X、Y、Z軸的夾角∠X、∠Y、∠Z，光干涉源的夾角∠X、∠Y、∠Z，以及數碼相機(2)和光干涉源之間的距離及聚焦參數；所述③拍攝：設置數碼相機(2)與光干涉源的拍攝參數，達到抑制噪聲，達到獲得高銳度圖像及真彩色還原，數碼相機(2)在光干涉源照射下對被攝物拍攝；所述④獲取圖像及圖像處理：對圖像數據進行處理，提取被攝物表面在光柵映射下的特征信息，包括光柵條的二值數據、邊緣和中線，實現多種圖像格式的輸出；所述⑤三維重建：讀取①內部標定中參數和②外部標定中參數，再調用④獲取圖像及處理后的圖像，完成像素點對體視匹配，實現像素點對三維重建還原，輸出包括點云、三角面格式及大數據量的存儲、調取、瀏覽、處理。

【技術特征摘要】
1.一種拍攝三維還原重建方法，其特征在于所述重建方法包括①內部標定、②外部標定、③拍攝、④獲取圖像及圖像處理和⑤三維重建五部分； 所述①內部標定測量數碼相機(2)的像距、焦距、光軸與機械軸的平行度；測量光干涉源的像距和焦距、光軸與機械軸的平行度； 所述②外部標定測量系統的相對姿態和絕對姿態參數，包括數碼相機(2)與X、Y、Z軸的夾角Z X、Z Y、Z Ζ，光干涉源的夾角Z X、Z Y、Z Ζ，以及數碼相機(2)和光干涉源之間的距離及聚焦參數； 所述③拍攝設置數碼相機(2)與光干涉源的拍攝參數，達到抑制噪聲，達到獲得高銳 度圖像及真彩色還原，數碼相機(2)在光干涉源照射下對被攝物拍攝； 所述④獲取圖像及圖像處理對圖像數據進行處理，提取被攝物表面在光柵映射下的特征信息，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：梁震華，
申請(專利權)人：浙江華震數字化工程有限公司，
類型：發明
國別省市：