[发明专利]一种三维成像方法、装置及终端设备

说明书

本发明适用于三维成像技术领域，具体涉及一种三维成像方法、装置及终端设备，所述三维成像方法包括实时处理和后处理两部分，实时处理部分包括：获取成像单元在三维扫描过程中采集的二维图像，对所述二维图像进行快速处理，实时计算多个通道下成像单元的位置和三维点云；后处理部分包括对采集到的二维图像进行二次处理，得到各通道下的完整三维点云，根据完整三维点云重建目标物体的三维模型。本发明实施例采用多通道的特征信息获取目标物体三维点云数据，由于所获取的原始数据更全面，得到的三维模型更准确，提高了三维数据重建的精度。

技术领域

本发明属于三维成像技术领域，具体涉及一种三维成像方法、装置及终端设备。

背景技术

现有多种方法通过二维数据获取三维数据，如基于激光反射的台式三维激光立体扫描仪、基于光栅投影的照相式的三维扫描系统、基于光学相干断层扫描技术的逐点三维扫描系统等。

在三维成像领域，当三维相机的视野小于物体的形状或者相机需要多个视角才能完整拍摄物体时，通常需要使用移动相机，比如手持式扫描设备来获取物体的完整三维图像。而进行三维扫描成像时，除了需要在单个时间进行三维点云重建以外，还需要精确地测量不同时间段的相机相对位置，从而可以将多组三维点云叠加来最终重建物体的完整三维形状。这里面就有两个容易产生误差的地方：一是获取到的相机位置的误差，另一个是获取的三维点云的误差。在目前三维数据的重建过程中，这两个因素一起叠加，加上本身多组的三维点云间的叠加，往往使累积的误差成非线性增长，导致最终的三维图像存在较大的精度误差，成像失真较为严重。

三维扫描成像的光学方法有多种，如多目立体成像、单镜头立体成像、光栅投影成像、散焦成像、动态波前采样、共聚焦成像等。然而，上述这些方法对三维数据重建的精度并不一定适用于各种实际应用。以用于齿科正畸和修复的口内三维取模应用口内扫描仪为例，在口腔内采集牙齿的三维数据时，由于成像对象如牙齿等纵深大，成像系统的景深要求超过10mm，手抖动或被成像对象挪动带来的图像模糊更明显；并且人体牙齿的表面是半透明的，当手持式口内扫描仪伸入口腔内照射到牙齿上时会有部分光线穿过牙齿表面，从而影响到系统从采集的图像上对牙齿轮廓的分辨以及后续三维数据重建的精度。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种三维成像方法和系统，以解决现有三维成像系统和方法三维数据重建的精度不够的问题。

本发明第一方面提供了一种三维成像方法，包括：

获取二维图像，每帧所述二维图像由成像单元扫描目标物体过程中的每个拍摄时刻采集得到；将所述二维图像分成左右两幅或上下两幅子图像；根据所述二维图像的两幅所述子图像，获取多个通道下目标物体的表面特征点的三维坐标；

根据当前帧的所述二维图像和与所述当前帧有足够多的特征点匹配且已知成像单元位置的匹配帧，确定各个通道下的所述成像单元的初始位置；

扭曲所述当前帧，将扭曲后的所述当前帧与已知成像单元位置的匹配帧进行比对，得到精确的成像单元位置，并将当前帧每个通道的所述三维坐标转换到其各自通道的整体坐标系下，形成当前帧各个通道下的三维点云；

分别选定各通道的一帧作为空间上的根节点，以根节点为圆心，从近到远依次搜索同一个通道中空间内的其他帧，并将其他帧与所述根节点进行特征点比对；若其他帧与所述根节点没有足够多的特征点匹配，则将所述其他帧标记为所述根节点的子节点；若其他帧与所述根节点有足够多的特征点匹配，则将所述其他帧标记为所述根节点的相邻帧，并以所述相邻帧为圆心，从近到远依次搜索同一个通道中空间内的其他帧，确定所述相邻帧的相邻帧和子节点，直至该通道中空间内的所有节点均被搜索到并被标记为相邻帧或子节点为止；

将各相邻帧的精确成像单元位置经过扭曲后与该相邻帧的子节点和/或根节点进行互相关比对，得到后处理位置；各相邻帧的三维点云使用后处理位置与该相邻帧的子节点进行比对和平均，得到以子节点为中心的三维点云；将各以子节点为中心的三维点云合并后与所述根节点比对和平均，合并成该通道的完整三维点云；