[发明专利]一种三维模型重建方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机视觉领域，具体涉及物体的三维计算机模型获取方法。

背景技术

三维模型重建方法是计算机视觉领域研究的热点问题之一。所谓三维重建是从图像出发恢复出空间点三维坐标的过程。随着近二三十年的研究，许多三维模型重建方法被应用于数字行销、虚拟导游、数字教育、艺术产品展示、医学模拟、大型展示系统、教学影片等各类虚拟现实技术领域。这类方法主要对实际物体的平面图像中收集二维数据，通过一定的三维数据重构计算获取三维数据从而重建三维计算机模型。但由于这类方法目前没有形成完整的工作流程，现有三维重建技术对操作人员的技术要求较高，不利于普通用户的实际应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于二维图像序列的三维模型重建方法。它使用数码相机拍摄所得二维图像序列，抽取图像中的二维信息，结合相机标定算法与三维重构算法，计算二维数据所对应的实际三维数据，最后使用模型构建技术将三维数据重建为三维计算机模型。

为了达到上述发明目的，本发明提供一种基于二维图像的三维模型重建系统及方法，所述方法使用一台数码相机作为设备基础，对所需重建的实际物体进行图像采集最终计算生成三维模型，具体包括以下步骤：

一种三维模型重建方法，其特征在于，步骤如下：

S1-1：使用数码相机从不同角度对标定模板图像进行拍摄，取得标定图像；

S1-2：从S1-1步骤中拍摄的每张图像中选取4个关键点，并取得关键点的二维数据；

S1-3：采用相机标定算法Jean-Yves Bouguet的棋盘标定算法输入关键点二维数据，计算出S1-1步骤中相机拍摄图像的f参数；

S2-1：使用S1所述相机，并用固定的焦距对实际三维物体拍摄系列图像；

S2-2：从S2-1步骤拍摄的系列图像中提取物体的特征点二维数据；

S2-3：采用8点重构算法计算出特征点三维数据；

S3-1：根据S2-3步骤计算出的系列图像中实际三维图像特征点的三维数据，使用三维数据构建法构建三维模型的基本面；

S3-2：将三维模型基本面合并、加工成为完整的三维模型，即重建三维模型。

本发明所述的三维模型重建方法，其中：

所述S1-1步骤中至少从5个不同角度对模板进行拍摄，所述的模板是14*13黑白相间图样的方格模板；

所述S1-2步骤从每张图像中选取的关键点为4个，并且每个关键点在每张图像中的位置的相同的；

所述S1-3步骤采用相机标定算法是：Jean-Yves Bouguet的棋盘标定算法；

所述S2-1步骤拍摄实际三维物体图像是从至少3个不同角度对实际三维物体拍摄；每角度拍摄一张图像；

所述S2-2步骤提取系列图像中物体的特征点二维数据，是从每张图像中提取可构成需要几何图形的特征点。

本发明方法主要具有以下特点和作用：(1)形成一个具体完善的基于二维图像序列的三维模型重建流程；(2)提高三维模型构建的效率；本发明适用于对普通数码相机拍摄的二维图像还原图像中的实际物体的三维计算机模型。普通技术人员只需要普通的数码相机及其所拍摄的图像，采用本方法，就能将所拍摄的二维模型构建成三维模型。

本发明方法解决了现有技术中在存的重建工作流程不完整、重建技术慢、使用成本高、要求技术人员技术水平高的问题。

下面对本发明作进一步的详述：

三维模型重建的整体流程大致为三个主要过程：相机标定——三维数据重构——三维模型重建。根据算法流程的详细步骤，可以将这三个主要过程细分为以下几部分：

(1)相机标定可分为三个子过程：拍摄标定图片——提取标定图片关键点二维数据——使用标定算法计算相机内部参数；

(2)三维数据重构可分为三个子过程：拍摄三维物体图像——提取图像上特征点二维数据——使用三维重构算法计算三维坐标数据；

(3)三维模型重建可分为三个子过程：使用三维坐标数据构建三维物体的基本三维形状——整合各面块模型形成整体模型——对整体模型加工。