[发明专利]一种基于双重校准的全自动快速室内场景三维重建装置

权利要求书

1.一种基于双重校准的全自动快速室内场景三维重建装置，其特征在于它包括如下步骤：

步骤一：装置设计；

步骤二：机体镜头粗校准；

步骤2.1按照机位编号保存对应深度、彩色数据，调节调整台手动旋钮对机体偏航角进行调节，获取数据D和ΔD；

步骤2.2获取世界坐标系原点，以D组数据拍摄机位正八边形中心为重建中心调整D和ΔD的深度数据对应关系：

步骤2.3对所需变量进行初始化，包括旋转变换R和平移变换T，最小化均方误差e(X，Y)，最小化均方误差变化量Δe(X，Y)；

步骤三：校准误差判断；

步骤四：机体镜头精校准；

步骤五：室内场景重建。

2.根据权利要求1所述的一种基于双重校准的全自动快速室内场景三维重建装置，其特征在于所述的步骤一为：

步骤1.1装置分为采集模块和显示模块，采集模块由机体、调整台、升降杆和底座四部分组成，显示模块具体包括数据接收模块、数据后处理模块、数据显示模块；

步骤1.2采集端机体外观为一正八面体，通过升降杆与底座固定，其中正八面体机体的每个垂直面上嵌入一个结构光深度摄像机和一个同分辨率彩色摄像机，同时八边形机体内部还绑定有采集端信息处理器，用来记录初始标定的结果，并依照标定结果整合八台深度相机以及纹理照相机的数据流；

步骤1.3调整台内部一个步进电机与滚珠螺杆配合对高度进行自动精准调节，设定三个自动挡位对视场进行纵向扩展；

步骤1.4显示模块将采集装置数据保存至本地并进行处理，支持带有界面交互的彩色场景模型显示，同时开放原始数据查看导出。

3.根据权利要求1所述的一种基于双重校准的全自动快速室内场景三维重建装置，其特征在于所述的步骤三为：

步骤3.1对D和ΔD两组数据运算顺序进行调整，以D组数据1机位校准为例，首轮循环先对D组1与ΔD组1+进行运算，二轮配准中应用D组1与ΔD组8+进行运算，以此类推；

步骤3.2确定配准顺序后对每对数据计算最小化均方误差e(X，Y)和误差变化量Δe(X，Y)：

步骤3.3通过Δe(X，Y)指标判断迭代是否收敛，对没有达到全局收敛要求的数据需要进行新的粗校准，在初步转换阵A的基础上追加随机扰动(Δφ，Δθ，Δψ，Δx，Δy，Δz)：

重新迭代，直到出现全局最优。

4.根据权利要求1所述的一种基于双重校准的全自动快速室内场景三维重建装置，其特征在于所述的步骤四为：

步骤4.1结合深度摄像机视场与拍摄点交角信息对深度、纹理信息进行交叠部分剪裁和关键点提取，裁剪后数据提取关键点，减少特征数据量：

通过奇异值U和V代替数据总体Data；

步骤4.2对数据关键点进行特征描述，将有用信息集合存储在向量{fi}里，确定特征描述子{fi}尺度、位置：

w_i＝w₀×δ^-ih_i＝h₀×δ^-tσ_i＝σ_i-1×δ

其中G为高斯核，用于构造DOG尺度空间D(x)并对特征描述子进行精确定位，为了在差分图片的基础上抽取稳定关键点，应去除对比度低的点，先对D(x)进行泰勒展开：

一阶导数用梯度T(D)，二阶导数用Hessian矩阵H(D)，计算DOG的局部曲率：

步骤4.3确定特征描述子{fi}方向，特征描述子方向由点L(x，y)的梯度确定：

梯度的幅值：

梯度的方向：

步骤4.4对两帧数据进行对应关系估计；根据两帧特征描述子{fi}和XYZ的相似度初步找出对应，剔除错误估计，通过最小化均方误差判断相邻两帧的校准状况，计算校准是否达到期望阈值a。