[发明专利]一种环境三维重构方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维重构技术领域，具体为一种环境三维重构方法。

背景技术

三维重建是指对三维物体建立适合计算机表示和处理的数学模型,是在计算机环境下对其进行处理、操作和分析其性质的基础,也是在计算机中建立表达客观世界的虚拟现实的关键技术。

在计算机视觉中, 三维重建是指根据单视图或者多视图的图像重建三维信息的过程. 由于单视频的信息不完全,因此三维重建需要利用经验知识. 而多视图的三维重建(类似人的双目定位)相对比较容易, 其方法是先对摄像机进行标定, 即计算出摄像机的图象坐标系与世界坐标系的关系.然后利用多个二维图象中的信息重建出三维信息。

真实世界环境的三维计算机模型在各种各样的应用中是有用的。例如，这样的模型可以用在诸如沉浸式游戏、增强现实、建筑 / 规划、机器人技术、以及工程原型制作等应用中。

深度相机可以生成真实世界环境的实时深度图。这些深度图中的每一像素与由相机从环境中的 3D 点捕捉到的离散的距离测量相对应。这意味着这些相机以实时速率提供包括未经排序的一组点 的深度图。

然而，使用深度相机提供的深度图来生成环境的有用 3D 模型是复杂的。在具有许多深度相机的情况下，每一个单独的深度图具有太低的分辨率并且具有太高的噪声以至于无法生成足够准确和详细的 3D 模型。此外，许多应用利用感测到的环境的表面而不是点云来重构。例如，重构的 3D 表面模型可以在物理模拟中用来对虚拟物体和深度相机在环境中感测到的真实物体之间的物理交互的效果建模。在这种情况下，点云不能起到很好的作用，因为模型中都是洞，这是由于在点云中的各个点之间缺少连接。

本发明与三维重构技术有关，特别是关于一种环境三维重构方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环境三维重构方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种环境三维重构方法,包括以下步骤：

A、通过深度摄像机进行场景数据的采集，深度摄像机将环境中的动态场景、静态场景的数据采集；

B、通过深度摄像机采集的场景数据来计算投影矩阵；

C、通过得到的投影矩阵来计算空间三维点；

D、计算得到的空间三维点通过图像生成软件重构生成三维图像，并通过计算机显示出来。

优选的，设A、B分别为相机投影中心，在C1和C2时获得的影像，则A和B为一个像对，将空间三维点M的坐标为(X,Y,Z),相机投影中心位置C1到C2的位移矢量为t，旋转矩阵为R，而在两位置时对应的相机内参数分别为K1、K2，三维点M在A及B上的投影为，，变换矩阵为，到点的投影矩阵为，则：,

假设为三维空间坐标系的参考原点，且过的相机主光轴为Z轴，则投影矩阵和可分别表达为：,。

优选的，利用像对之间的核线几何关系以及摄影几何理论，可以推出对应像点和之间满足的关系：，其中F为基本矩阵，F表达了两个影像间的核线几何关系，基本矩阵F将影像点变换到影像B上过其核点的直线上，可由基本矩阵F求得本质矩阵E： ，本质矩阵E可分解为:

对本质矩阵E进行分解即可得到投影矩阵，得到投影矩阵，后即可求得三空间维点M。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用代数、几何的方法直接采用矩阵对采集的数据进行计算，在该计算方法中的旋转矩阵以及位移矢量可以为任意值，因此深度摄像机在环境中的位置不受拘束，只需深度摄像机采集的数据点够多，就可以将环境重构出来，这是一个非常有用的环境三维重构技术。 具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种技术方案：一种环境三维重构方法,包括以下步骤：

A、通过深度摄像机进行场景数据的采集，深度摄像机对环境中的固定物体与活动物体的景象进行信息的采集，将采集的数据上传至控制器，控制器将数据转换后传送至计算机。

B、通过深度摄像机采集的场景数据来计算投影矩阵；

C、通过得到的投影矩阵来计算空间三维点；

D、计算得到的空间三维点通过图像生成软件重构生成三维图像，并通过计算机显示出来。