[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

说明书

一种基于双重校准的全自动快速室内场景三维重建装置，它涉及装置设计、位置粗校准、基于奇异值的关键点提取、局部收敛抑制、特征描述子的提取与匹配等方法。本装置为一键式重建，它解决了传统室内三维重建操作复杂的问题，是一款全自动，环境适应度高的重建装置。同时通过离散的数据进行场景重建，大大的减少了重建数据量，提高了系统的快速性。本装置的实现步骤为：一、装置设计；二、机体镜头粗校准；三、校准误差判断；四、机体镜头精校准；五、室内场景重建。本发明对装置进行镜头校准，通过步进电机实现全自动化，将获得的24帧数据根据校准数据融合，可快速的在显示端看到重建结果，适用于室内场景的自动化快速重建。

技术领域

本发明属于逆向工程技术领域，具体涉及一种基于双重校准的全自动快速室内场景三维重建装置的设计与校正。

背景技术

随着计算机图形学和计算机视觉的迅速发展，三维重建技术的应用也进一步扩大。从最初的军用装备建模到现在的商用室内装潢建模，三维重建替代了二维图纸，可以更加准确、全面、便捷的对场景和物体进行数字化存储。在市场需求的推动下各式各样的重建装置与系统也层出不穷。在室内三维重建方面，有基于图像的三维视觉重建系统如单目、双目，也有基于激光雷达通过3D深度信息配合SLAM实现的三维视觉重建系统。

目前的室内三维重建系统虽然根据传感器不同，使用不同的三维重构算法，但是采集方式多半是单点旋转多角度式采集，再对得到的离散数据进行相应处理，如matterport公司的Pro 3D Camera等，其受限于固定的单帧视场，这种采集方式需要采集人员自行规划采集路径，自动化程度低且对采集人员的专业要求很高，场景的重建效果很大程度上取决于采集人员的经验，且采集占用场景时间长，这一点加强了光线变化甚至场景变化对重建结果的影响，在室内三维重构的大范围普及上不具有优势。

本发明，一种基于双重校准的全自动快速室内场景三维重建装置，是一种全自动化、小数据量的快速室内全彩三维重建装置。利用环形排布的八组配套的深度传感器和相机结合步进电机获取三个高度360°范围内的空间深度数据和场景纹理，具有简便、快捷、使用门槛低、环境适应性强等优点。

发明内容

本发明的目的在于降低传统室内三维重建的复杂度，并提升室内重建的快速性。提供一种全自动快速的室内三维重建装置，通过双重校准的环形视场代替固定单帧视场，从而达到一次性采集水平视角360°的目的，同时本装置自带三个可调高度，通过自动调节高度扩大场景的采集范围。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：设计一种八面体的采集装置并对八组镜头进行双重校准，实现视场融合得到环形视场三维数据，再通过步进电机调节高度扩大场景采集范围，将全24帧数据融合的结果经wifi传入显示设备，实现全空间重建。

本装置实现主要分为几个步骤，具体步骤包括：

步骤一：装置设计。

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。

采集端机体外观为一正八面体（如图1），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。为保证深度相机与彩色相机的充分利用，本装置选择视场相同的两种相机。同时正八面体采集装置上的深度相机水平扫射角应大于45°，以保证环形视场的连贯性。选择分辨率640×480，帧率30fps的深度/彩色相机，同时深度相机水平扫射角70°，垂直扫射角60°，检测范围0.5-4.5m。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。将信息以全场景点云、合成纹理、纹理匹配文件三种形式经由无线网络传递给显示装置接收端。

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。同时调整台还保留有手动旋钮，用作机体旋转（偏航方向），可在校准镜头时使用。