[发明专利]物体三维模型的获取方法和系统

说明书

所属技术领域

本发明属于三维可视化技术领域，涉及一种物体三维建模方法和系统，具体是利用深度相机，基于三维物体模板建立，重建物体的三维模型；被广泛应用于文物数字化、生物医学成像、动漫制作、工业测量、沉浸式虚拟交互、人机交互、游戏、增强现实、视频监控、机器人、汽车工业领域。

背景技术

三维物体扫描重建是获取并分析现实世界中物体、环境的形状(几何构造)与外观数据(如颜色、表面反射率等属性)，利用获取的信息在虚拟世界中建立对应的数字模型。现有的三维扫描设备结构复杂、操作不易、价格昂贵，不适合民用和普及。传统的三维激光扫描仪、结构光扫描仪可以精确地捕获物体表面的三维几何信息，但这类设备一般结构复杂、不易操作且价格昂贵。利用多台彩色摄像机，立体视觉系统可以低成本地获取三维几何信息，但这类系统一般计算复杂度高、算法鲁棒性较低且比教难处理纹理及存在遮挡的情况。深度相机价格低廉、结构小巧、使用方便、不易受纹理光照的影响，且能实时捕获物体表面深度与色彩信息；同立体视觉方法相比，深度相机基于主动发射近红外光原理，计算复杂度低、不易受物体表面纹理及光照变化的影响。

Kinect的出现，可以说在三维成像领域是一场革命性的变革。有一些文献将Kinect应用于三维重建中。例如EngelhandN，EndresF，HessJ，SturmJ，BurgardW等人的文章“Real-time3DvisualSLAMwithahand-heldRGB-Dcamera”(发表在ProceedingsoftheRGB-DWorkshopon3DPerceptioninRoboticsattheEuropeanRoboticsForum。Vasteras，Sweden：Robotdalen，2011)，文章中，Nikolas等利用Kinect提供的RGB-D相机实现了一个实时的视觉SLAM系统，该系统能够用于场景重建。其主要方法是利用彩色摄像机进行SURF特征匹配，先获得摄像机位置的初值，然后用ICP(Interativeclosestpoint)算法。进行三维点云配准并对相机位置进行优化。但是该方法需要手动旋转物体或移动Kinect；且需要提取图像特征点进行局部配准。

再例如杭州电子科技大学吴以凡、朱江涛、周亮、鲁栋栋、孙志海、吴艳萍、戴国骏的发明专利“一种人体三维扫描重建装置和方法”(申请公布号CN103606187A，申请公布日2014.02.26)，吴以凡等人将2台Kinect固定在固定杆上离地面0.5m和1.4m高度处，朝向电动云台，人站在电动云台上，随云台以2rpm匀速转动。同时启动2台Kinect相机扫描人体，分别采集人体上下两片点云三维数据；然后使用迭代最近点拼接方法拼接两部分的三维数据，得到最终完整的三维人体模型。但是该方法一般计算量较大，且不太适合动态物体。

再例如厦门理工学院许华荣、刘鑫、王晓栋、黄鹏程发明专利“基于Kinect的物体快速三维建模方法”(申请公布号CN1032279987，申请公布日2013.09.04)，许华荣等人利用多台Kinect分别以不同视角正对旋转平台中央的欲重建物体，获取物体的三维信息，将位于不同坐标系的Kinect的深度信息统一到同一个坐标系，利用基于法线校正的外点去除方法过滤错误的三维点云，得到物体的三维模型。但是该方法一般计算量较大，且不太适合动态物体。

再例如，N.J.Mitra，S.Flory，M.Ovsjanikov，N.Gelfand，L.Guibas，H.Pottmann.Dynamicgeometryregistration.ProceedingsoftheFifthEurographicsSymposiumonGeometryprocessing，Barcelona，2007：173-182，文章中使所有的扫描数据构成一个四维时空曲面，然后利用运动学属性跟踪配准多帧数据。Q.X.Huang，B.Adams，M.Wicke，L.J.Guibas.Non-rigidregistrationunderisometricdeformations.ComputerGraphicsForum，2008，27(5)：1449-1457，文章中通过一些几何特征以及等距变换约束对非线性变形的两帧数据进行配准。但是该方法一般要求扫描数据质量较高，并且通常要求连续两帧数据相差不大，且一般计算量较大。