[发明专利]基于映射边界优化的三维物体模型纹理映射方法

权利要求书

1.一种基于映射边界优化的三维物体模型纹理映射方法，特征在于该方法的具体步骤如下：

A：利用摄像头获取实际物体的无色的三维模型和一系列二维彩色图像，并建立三维模型三角网格和二维彩色图像像素点之间的对应关系，即纹理映射关系；

B：根据步骤A中得到的二维彩色图像所对应的摄像头在世界坐标系中的位置，计算出初始的映射边界所在的位置；

C：通过计算初始映射边界上的纹理复杂度，根据纹理复杂度对映射边界进行优化，由以下三步得到：

第一步，计算初始映射边界上每一个顶点的纹理复杂度值；

第二步，找到纹理复杂度值最大的一个顶点，若该点的纹理复杂度值大于阈值TH，则沿该顶点所在位置映射边界的法线方向找到和该点相邻的顶点，并用这个相邻点代替原有顶点作为新的边界；TH取值28；

第三步，持续重复第二步直到所有点的纹理复杂度值都小于阈值TH，或者第二步中已经穷尽了交叠区域内所有可能作为新边界的点；

D：对每一幅二维彩色图像提取边缘，然后检测相邻图像的边缘在映射边界上是否一致，检测到不一致的情况时，通过移动映射边界来保证边缘的一致性；

E：根据步骤A得到的三维模型三角网格和二维彩色图像像素点的对应关系以及经过步骤C，D优化的映射边界，将像素颜色映射到三维模型三角网格上，从而生成最终的彩色的三维目标模型；

在步骤A中，所述的实际物体的三维模型根据KinectFusion方法，通过移动深度摄像头绕着目标扫描得到；所述的二维彩色图像在扫描过程中通过启动摄像头的彩色拍照功能得到；所述的纹理映射关系，将通过以下过程得到：

首先，利用KinectFusion方法得到每一个二维彩色图像在拍摄时所对应的摄像头在世界坐标系中的位置；

其次，利用世界坐标系关系，将三维模型三角网格依据几何关系映射到每一个二维彩色图像成像所在的平面，得到每一个三维模型三角网格和二维彩色图像像素点之间的对应关系；

所述的纹理映射关系由下式得到：

P(V_i)=Color(p_Lj)

其中，P(V_i)是纹理映射关系建立后三维模型中三角网格V_i对应的颜色，p_Lj是第L个二维彩色图像中的第j个像素对应的位置，而Color(p_Lj)是像素p_Lj的颜色；需要注意的是，此时，每一个三维模型三角网格对应于来自不同二维彩色图像的多个像素点；

在步骤B中，所述的初始映射边界这样确定：对于每两个相邻的二维彩色图像，得到对应摄像头位置在三维模型表面上的投影点；初始映射边界为在交叠区域内到两个投影点距离相等的点的集合；在得到映射边界后，除映射边界上的顶点之外，每一个三维模型三角网格仅对应于一个二维彩色图像中的像素点；

在步骤C中，所述的纹理复杂度的计算方法为：找到该顶点在该映射边界两侧二维彩色图像上对应的像素点，分别取以该像素点为中心的8x8的子区域，再分别计算该子区域内三个颜色通道取值的标准差的均值，则该顶点的纹理复杂度即为两个子区域得到的均值的总和；

在步骤D中，根据图像边缘信息优化映射边界，具体实现为：

首先，对每一幅二维彩色图像提取边缘，采用索贝尔Sobel算子与图像进行卷积操作，对卷积后的图像做二值化，即可得到图像的边缘信息；

其次，对每一对相邻的二维彩色图像，按照位置相近关系对边缘进行配对，然后找到所有和映射边界相交的边缘对；

然后，计算每对边缘在映射边界上的误差；具体的，对于一对边缘Edge_i和Edge_j，若它们和映射边界E_l相交并且在三维模型上对应的交点为P1和P2，P1的坐标为（i，l），P2的坐标为（j，l），则这对边缘在映射边界上的误差即为两个交点P1和P2之间的距离D(i,j)；

最后，若计算得到的误差不为零，即D(i,j)不等于0，表示该区域映射边界上的边缘不一致，则按照如下规则优化原有的映射边界：计算边缘Edge_i和Edge_j在三维模型上对应的交点P3，P3的坐标为（i，j），然后用线段和线段代替原本在点P1和P2之间的映射边界。