[发明专利]一种稀疏相机阵列瞬时三维成像的方法及其装置

说明书

本发明公开了稀疏相机阵列瞬时三维成像的方法及其装置，对单个成像单元，逐一进行标定，获取单个成像单元中相机的内参及外参；保持各成像单元位置不变，将标定板放置在相邻两个成像单元重叠视场的中心，获取标定板图像；识别标定板上的编码靶标，通过同名点逐一拼合相邻的成像单元，并得到新的外参，直至得到全部稀疏相机阵列的外参；通过稀疏相机阵列对目标瞬时成像，将以上标定得到稀疏相机阵列的内参和外参导入，计算得到目标的三维模型。通过稀疏相机阵列取代密集相机阵列，解决密集相机阵列成本高昂、移动困难的缺点，保持其瞬时成像的优势。通过稀疏相机阵列标定方法，解决旋转标定装置体积庞大，不便携带，大角度时编码识别困难的问题。

技术领域

本发明属于三维成像技术领域，尤其涉及一种稀疏相机阵列瞬时三维成像的方法及其装置。

背景技术

随着三维数字技术的发展，三维模型在动画、游戏、虚拟现实、3D打印等领域有着越来越多的应用。人工建模存在工作量大，建模不准确等缺陷，因此采用三维成像设备获取三维模型是行之有效的方法。三维成像设备主要有激光三维扫描仪，相机阵列等。激光三维扫描仪测量视场较小，需要对物体进行分区域测量，通过特征点拼接成像，是利用扫描的过程来实现三维成像，因而需要较长的成像时间。相机阵列一般是瞬间同步成像，通过计算形成三维模型，因此在某些需要抓拍的场合，例如拍摄人物表情或动作时，具有较大的技术优势。

例如专利CN203708345U，公开了一种基于相机阵列的瞬时三维照相系统，相机摆布较为密集，一般拍摄分8～16个角度，从360度环绕拍摄，每个角度至少需要2台以上的相机，相机之间具有较多的重叠视场，从而可以通过SIFT变换找到较多的同名点，通过SFM(从运动中恢复)方法直接实现相机阵列的三维成像。这样的系统能实现瞬间成像和良好的成像效果，但需要较多数量的相机，主要问题在于成本较高，设备移动较为困难。如果减少该种相机阵列的成像角度和相机数量，即稀疏相机阵列，则通常无法找到特征点，进而导致直接采用SFM方法建模失败。

专利CN105427302A公开了一种基于移动稀疏相机采集阵列的三维采集及重建系统，可采用较少的相机(不超过8台)，但是需要相机阵列移动，逐次成像，从而丢失了瞬时性。

专利CN106910243A公开了一种基于转台的自动化数据采集与三维建模的方法及装置，相机阵列通过转盘及转盘上放置的标定棋盘格进行标定，并对放置在转盘上的物体进行数据采集和三维建模，适合于拍摄静物。

专利CN104299261A人体三维成像的方法及系统，提供了一种多控制基站同时标定的方法，采用空间编码图案投影成像，其标定方法采用设有编码靶标的标定板，该标定板具有旋转功能，通过多次旋转标定板，实际达到了加密控制基站的目的并完成标定，该方法主要问题在于标定板呈圆柱体或多面体形状，体积较大，不利于携带，在观察角度较大时容易造成靶标识别错误。

专利CN107133987A，公开了一种无重叠视场的相机阵列优化标定方法，是将各相机采集的图像视为拍摄时刻的独立相机，混合多组不同时刻的拍摄数据进行标定，其本质上与专利CN104299261A的旋转标定板的方法有一定的相似性。

发明内容

为解决上述的技术问题，本发明技术方案提供一种稀疏相机阵列瞬时三维成像的方法，其中，所述方法包括如下步骤：

步骤A：对单个成像单元，逐一进行标定，获取单个成像单元中相机的内参及外参；

步骤B：保持各成像单元位置不变，将标定板放置在相邻两个成像单元重叠视场的中心，获取标定板图像；

步骤C：识别标定板上的编码靶标，通过同名点逐一拼合相邻的成像单元，并得到新的外参，直至得到全部稀疏相机阵列的外参；

步骤D：通过稀疏相机阵列对目标瞬时成像，将以上标定得到稀疏相机阵列的内参和外参导入，计算得到目标的三维模型。