[发明专利]一种基于改进Sift算法的单目视觉三维重建方法

说明书

本发明公开了一种基于改进Sift算法的单目视觉三维重建方法，包含以下步骤：A、摄像机标定；B、图像特征提取与匹配；C、特征提取与SIFT算法改进；D、三维重建；本发明在传统三维重建技术的基础上，改进特征提取与匹配算法，提高匹配精度，从而获取更好的三维重建效果。

技术领域

本发明涉及一种单目视觉三维重建方法，具体是一种基于改进Sift算法的单目视觉三维重建方法。

背景技术

客观世界的物体是三维的，而我们用摄像机获取的图像是二维的，但是我们可以通过二维图像感知目标的三维信息。三维重建技术是以一定的方式处理图像进而得到计算机能够识别的三维信息，由此对目标进行分析。从图像中得到真实场景的模型是计算机视觉的重要研究内容，通过重建出目标的三维模型，就可以得到数字化的三维数据，这些都具有较高的应用价值和广泛的市场前景。

一个完整的三维重建系统通常包括了特征匹配、摄像机标定、三维重建三个部分。特征匹配是建立特征之间的对应关系，将空间的同一特征(点或线)在不同视图中的映像对应起来。空间中的点与二维图像上的点之间的对应关系是由摄像机的成像模型决定的，而通过计算来确定成型模型的过程，就是摄像机标定。三维重建目的是为了恢复景物完整的结构信息，具有重要的应用价值，能够在一些平面视觉难以解决和无法解决的场合起到重要的作用。例如以下的几个重要场合：

(1)工业自动化：产品检测定位、检测2D图像非常难以识别的缺陷、自动流水线生产和流水线装配中的检测和定位等一系列工业定位场合。

(2)医疗辅助应用：手术导航、美容整形、医学手术模拟、3D医疗打印等一系列对患者康复有益的场合。

(3)虚拟现实应用：虚拟场景建模、虚拟战场环境、体感游戏、虚拟体育仿真、增强现实等。

(4)视觉导航：移动机器人导航、智能汽车导航、飞行器导航、月球探测车导航、自动确定目标和测量距离的工作场合，并且克服光线的影响。

视觉传感器具有体积小，价格低，便于使用，并且能够提供丰富的环境信息等优点，因此如何通过视觉传感器来实现场景三维重建是近年来的热门研究方向。但是视觉传感器又能分成许多类别，有单目、双目、深度相机等。近年来，基于立体视觉技术逐渐得到了广泛运用。它通过两个固定位置的摄像机模拟人体视觉系统的方法恢复二维图像丢失的深度信息。相比之下，研究仅利用一台手持式数码相机实现三维场景重建的方法，具有设备简单，适用方便以及成本低廉等优点，并且非常容易在其他领域得到推广应用。依靠单目视觉对特定目标进行三维重建成为一个新的热点，而且正在成为一个新的需求。人们希望在手机上拍摄图片，便能合成三维模型，目前单目视觉的图像三维重建的技术是新近的研究热点。但由于受拍摄角度、提取特征的精度约束，三维重建结果不尽人意，并不能充分的展现出场景的结构。如何得到满意的三维重建效果成为一个非常有意义的课题，不仅具有多方面实际应用场景，而且具有重要的理论研究价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于改进Sift算法的单目视觉三维重建方法，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：

一种基于改进Sift算法的单目视觉三维重建方法，包含以下步骤：

A、摄像机标定；

B、图像特征提取与匹配；

C、特征提取与SIFT算法改进；

D、三维重建。

作为本发明的进一步技术方案：所述步骤A具体是：选取标定板，从多个角度拍摄得到标定板的图像，分别检测出图像中的特征点，再根据选定的标定计算方法求取摄像机内参数和摄像机外参数，完成摄像机标定。