[发明专利]一种非朗伯表面快速三维重构方法有效

专利信息
申请号: 201210298695.7 申请日: 2012-08-22
公开(公告)号: CN102819866A 公开(公告)日: 2012-12-12
发明(设计)人: 王国珲;程锦;苏炜;宋玉贵;王建 申请(专利权)人: 西安工业大学
主分类号: G06T17/30 分类号: G06T17/30;G06T15/00
代理公司: 西安新思维专利商标事务所有限公司 61114 代理人: 黄秦芳
地址: 710032*** 国省代码: 陕西;61
权利要求书: 查看更多 说明书: 查看更多
摘要:
搜索关键词: 一种 非朗伯 表面 快速 三维 方法
【说明书】:

技术领域

本发明属于图像理解与计算机视觉技术领域,主要涉及到由单幅图像明暗变化实现三维重构的技术,特别涉及到一种非朗伯表面快速三维重构方法。

背景技术

为了满足工农业产品检测、文档图像复原、医学图像分析、生物特征识别以及地形、地貌测量等领域中三维建模的需求,有效重构物体表面的三维形状信息,近年来已经成为图像理解与计算机视觉技术领域中一个非常重要的研究方向。然而,如何快速、准确重构非朗伯表面的三维形状,至今仍未得到较好解决。

目前,三维形状信息的获取手段主要有两大类:接触式测量和非接触式测量。尽管接触式测量方法已经比较成熟,而且还可以获得很高精度的数据,但其本身也存在较多不足:①接触式测量使得测头容易磨损及划伤被测表面,测量过程需要人工干预,因而测量成本较高,自动化程度较低;②接触式测量采用逐点扫描的方法,且扫描速度受到机械运动的限制,故测量时间较长、测量效率较低等,不太适于快速测量的场合;③对大型物件,尤其是软质材料测量效果不好,对测头不能触及的表面无法测量,而且对测量环境要求较高,故其应用范围往往受到限制。总之,接触式测量难以满足快速、有效的测量需求。

在申请号为03153504.6的中国发明专利中,申请人提到了非接触式测量的几种方法:光学传感器法、激光扫描法、立体视觉法、投影栅相位法等。随着计算机视觉和图像技术的发展,利用图像数据获取目标三维形状信息的非接触式测量技术已在社会生产的各个方面显示出越来越重要的地位和作用。由单幅图像明暗变化恢复形状(简称SFS)技术是实现物体表面三维重构的关键方法之一,其目标是利用单幅图像的明暗变化恢复物体表面各点的法向向量,进而可以获得其相对高度。

许多研究者试图找出最有效的实现SFS技术的方法,并取得了一定的进展。目前应用最广泛的主要有四种方法:演化和偏微分方程方法、最优化方法、局部化方法以及线性化方法等。演化和偏微分方程方法是从图像中一组已知高度值的边界点或奇异点出发,逐步确定出所有图像像素点对应的物体表面的形状信息,它是对SFS问题建立的一阶非线性偏微分方程本身直接求解。最优化方法就是将SFS问题中的图像辐照度方程表示为能量函数形式,然后通过附加约束条件将其转化为求解泛函极值的问题。局部化方法的思路就是在物体表面的每一点处,假定表面形状为平面、球面或抛物面等,并将表面反射模型与假设的局部形状结合起来,构成关于局部形状参数的线性偏微分方程组,然后利用已知的边界条件来求解该方程组得到物体表面的三维形状。线性化方法就是通过将反射图线性化,使非线性问题转化为线性问题,进而求解得到图像辐照度方程的解。

在上述这些实现SFS技术的方法中,各种方法存在一定的优点,也不可避免地存在不足之处。如线性化方法速度较快,但重构精度不高,求解过程缺乏可信度;局部化方法使用范围受到限制,且精度不高;演化和偏微分方程方法虽然精度较高,但需要考虑边界条件;最优化方法不需要考虑边界条件,但需要引入各种约束条件等等。

同时,上述方法通常只是针对朗伯表面设计的,如果应用到非朗伯表面,往往误差较大。

另外,SFS方法中建立的图像辐照度方程通常是Hamilton-Jacobi类型的一阶非线性偏微分方程,一般情况下不存在经典意义下的光滑解,通常认为是病态问题。为了使SFS问题良性化,考虑图像辐照度方程在弱解意义下的特性。Hamilton-Jacobi方程粘性解理论是一种非常好的弱解理论,可定量、直观地描述一阶或二阶偏微分方程的弱解。法国学者Prados提出了使用粘性解理论对朗伯表面下建立的图像辐照度方程解的特性进行了分析。但遗憾的是,对于非朗伯表面建立的图像辐照度方程的研究,尚未发现国内外有相关文献报导。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足,提出一种非朗伯表面快速三维重构方法。本发明所述的方法不需要特定的边界条件,而且使SFS问题良性化,具有快速、准确的优点。

为了实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:

一种非朗伯表面快速三维重构方法,依次包括下述步骤:

一.构建适于非朗伯表面且接近实际成像条件下的成像模型:从三个阶段入手,光源入射过程、非朗伯表面对入射光的反射过程、摄像机对反射光的记录过程,涉及到光源的分布、非朗伯表面的反射特性以及摄像机的投影方式的建模,其中:所述光源为近点光源,而且光源辐照度随着物体与光源之间距离的增大而存在衰减;非朗伯表面的反射特性使用Oren-Nayer反射模型来近似;摄像机的投影方式采用透视投影方式。

下载完整专利技术内容需要扣除积分,VIP会员可以免费下载。

该专利技术资料仅供研究查看技术是否侵权等信息,商用须获得专利权人授权。该专利全部权利属于西安工业大学,未经西安工业大学许可,擅自商用是侵权行为。如果您想购买此专利、获得商业授权和技术合作,请联系【客服

本文链接:http://www.vipzhuanli.com/pat/books/201210298695.7/2.html,转载请声明来源钻瓜专利网。

×

专利文献下载

说明:

1、专利原文基于中国国家知识产权局专利说明书;

2、支持发明专利 、实用新型专利、外观设计专利(升级中);

3、专利数据每周两次同步更新,支持Adobe PDF格式;

4、内容包括专利技术的结构示意图流程工艺图技术构造图

5、已全新升级为极速版,下载速度显著提升!欢迎使用!

请您登陆后,进行下载,点击【登陆】 【注册】

关于我们 寻求报道 投稿须知 广告合作 版权声明 网站地图 友情链接 企业标识 联系我们

钻瓜专利网在线咨询

周一至周五 9:00-18:00

咨询在线客服咨询在线客服
tel code back_top