[发明专利]基于运动机构的三维物体建模系统

说明书

本发明个公开了一种基于运动机构的三维物体建模系统，包括彩色深度视觉相机、三自由度以上的运动机构、图像数据采集传输装置、包含有视觉软件运行的系统环境的主控计算机、和外接显示屏，运动机构固定在工作平台上，能够实现围绕物体进行运动，本发明的最大特点在于能对目标物体进行连续采样和分析，通过多幅RGB图像和深度图像以及对应相机的位姿，得到其三维模型。通过运动机构将相机运动到指定位置，能够减少位姿计算误差，可以有效提高对物体建模的准确性，从而可以更科学地推广到其它运行项目及民用、军工等类似场景。

技术领域

本发明涉及一种对三维物体进行三维建模的系统，具体地说，是一种基于运动机构的三维物体建模系统。

背景技术

近年来，视觉辅助系统在物体三维建模等方面已经有越来越多的应用，如NoahSnavely研发的Bundler系统应用于大型三维场景重建。在三维物体建模中，伯克利大学研发了对单个物体实现三维重建的系统，由搭建好的硬件平台，通过多个相机对物体在不同角度进行图像采集，通过ICP对得到的点云进行匹配，再由TSDF进行融合得到物体的三维栅格模型，为机械臂抓取物体提供物体三维信息和对应特征。

发明内容

本发明的目的是针对伯克利的三维重建系统存在问题的改进，提出一个完善可行的成本较低、观测更连续完整的三维建模系统。用于对物体的位姿进行准确观测和分析，从而辅助机械臂进行抓取，完成指定任务，可以在机器人视觉、机器人抓取、3D打印等场景中，实现对物体的识别和位姿估计，从而可以获取待抓取物体的完整的三维信息和特征纹理信息，为机器人的运动和相应操作奠定更好的基础。

为达到上述发明的目的，本发明提出了一种运动机构和相机相结合的视觉系统理念，利用运动机构末端所固定的彩色深度视觉相机围绕目标物体运动并采集物体的RGB图像和深度图像，结合运动信息和图像处理融合算法，对目标物体进行三维还原，得到物体的三维模型。

本发明的具体技术方案如下：

本发明公开了一种基于运动机构的三维物体建模系统，包括彩色深度视觉相机、三自由度以上的运动机构、图像数据采集传输装置、包含有视觉软件运行的系统环境的主控计算机、和外接显示屏，运动机构固定在工作平台上，能够实现围绕物体进行运动；彩色深度视觉相机固定在运动机构末端，通过运动机构的运动使其围绕着目标物体进行彩色深度图像的采集；彩色深度视觉相机通过数据线与图像数据采集卡相连；图像数据采集卡通过包含有视觉软件运行的系统环境的主控计算机总线，将采集到的数据传送到主控计算机进行处理；处理结果输出到包含有视觉软件运行的系统环境的主控计算机的外接显示屏上进行显示。

作为进一步地改进，本发明所述的系统包括如下组成模块：运动机构在线规划和控制模块、图像采集模块、图像处理模块、三维数据融合模块、显示模块，其中，运动机构在线规划和控制模块能依据模型精度对运动机构的轨迹进行在线规划和控制；图像采集模块能实现对物体的RGB图像和深度图像的采集；图像处理模块能将RGB图像进行特征点匹配，计算出对应点的三维坐标，并能将深度信息转化为三维点云；三维数据融合模块可依据相机位姿，将所有三维点统一到同一坐标下，构建出目标物体的三维模型；显示模块能实现物体的三维显示。

作为进一步地改进，本发明所述的基于运动机构的三维物体建模系统，将三维物体信息分为三维点云信息和SIFT特征信息，三维点云信息从物体外形完成对物体的外形描述，相对稠密，而SIFT特征信息则从细节特征对物体进行三维描述，相对稀疏，将整体信息和细节信息进行结合，得到了目标物体的完整三维信息。

本发明还公开了一种基于运动机构的三维物体建模系统的运行方法，具体步骤如下：

(1)搭建硬件系统，半自动标定各相机内外参数；

(2)运动机构按照规划轨迹将相机运动到指定位置，对目标物体进行图像采集；