[发明专利]岩石颗粒的三维几何形貌信息提取系统及方法

权利要求书

1.一种岩石颗粒的三维几何形貌信息提取系统，其特征在于，包括：

图像采集装置：用于从多个不同高度视角拍摄岩石颗粒各个面在不同高度视角中的多张特征图像，以获取岩石颗粒表面的全部特征点；

图像处理装置：用于根据所述多张特征图像进行三维建模，得到所述岩石颗粒的三维模型，并在所述三维模型提取所述岩石颗粒的轮廓信息，进而根据所述轮廓信息计算所述岩石颗粒的三维几何形貌信息。

2.根据权利要求1所述的岩石颗粒的三维几何形貌信息提取系统，其特征在于，所述图像采集装置包括：拍摄框架、设置在拍摄框架内部的转盘以及设置在拍摄框架上的拍摄窗口；

所述转盘：用于放置岩石颗粒，并带着所述岩石颗粒按预定的角速度旋转，以将岩石颗粒的各个面依次展现在所述拍摄窗口，供拍摄窗口采集岩石颗粒各个面在不同视角的多张特征图像；

所述拍摄窗口上配置有多个不同高度视角的相机，用于按预定的拍摄频率从不同高度视角拍摄岩石颗粒各个面在不同高度视角中的多张特征图像，所述预定的角速度和预定的拍摄频率的选用标准保证待扫描物体表面的一个特征点同时出现在3张不同的特征图像中，以满足影像画面重叠度的要求。

3.根据权利要求2所述的岩石颗粒的三维几何形貌信息提取系统，其特征在于，所述拍摄框架的顶部、底部以及侧面均安装有LED灯带，用以消除岩石颗粒的影子对拍照效果的影响；拍摄框架的内壁安装有白色背景板，用以消除背景的干扰；所述转盘和LED灯带均与控制元件连接，所述控制元件用于调节所述拍摄框架内的LED灯光的亮度和转盘的转速。

4.根据权利要求3所述的岩石颗粒的三维几何形貌信息提取系统，其特征在于，所述图像处理装置包括：

特征点识别及配准模块：用于使用运动恢复结构算法识别并配准每张特征图像上的特征点，并将每张特征图像上的特征点还原到所述岩石颗粒三维空间的对应位置，构建出所述岩石颗粒特征点的稀疏点云；

密集点云构建模块：用于以稀疏点云的空间点为种子点，使用基于块匹配的多视点三维稠密算法重建并确定所述岩石颗粒的三维空间点云，从而得到所述岩石颗粒更为细致的块石颗粒形态；

三维网格图生成模块：用于对所述岩石颗粒的三维空间点云进行泊松重建，从而构建出块石的三维网格，并在生成网格的过程中，通过点云插值的方式，填充所述岩石颗粒的三维模型表面的缺失部分，得到所述岩石颗粒的三维网格模型；

几何形貌信息提取模块：用于采用等距球面插值算法对所述三维岩石颗粒的三维网格模型进行简化，并从简化的三维网格模型中提取所述岩石颗粒的轮廓信息，进而根据所述岩石颗粒的轮廓信息计算所述三维几何形貌信息。

5.根据权利要求4所述的岩石颗粒的三维几何形貌信息提取系统，其特征在于，所述三维几何形貌信息包括基本形状指标和/或深化形状指标和/或纹理形状指标，所述基本形状指标包括：扁平度和球形度，所述深化形状指标包括形状因子、棱角度和凹凸度，所述纹理形状指标包括粗糙度，所述三维几何形貌信息提取系统还包括一岩石颗粒数据库，所述岩石颗粒数据库用于对所述三维网格模型进行标准化处理，并将岩石颗粒的三维几何形貌信息与所述三维网格模型对应存储起来。

6.一种岩石颗粒的三维几何形貌信息提取方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

从多个不同高度的视角拍摄岩石颗粒各个面在不同高度视角中的多张特征图像，以获取岩石颗粒表面的全部特征点；

根据所述岩石颗粒各个面在不同高度视角中的多张特征图像进行三维建模，得到所述岩石颗粒的三维模型；

在所述三维模型提取所述岩石颗粒的轮廓信息，进而根据所述轮廓信息计算所述岩石颗粒的三维几何形貌信息。

7.根据权利要求6所述的三维几何形貌信息提取方法，其特征在于，从多个不同高度的视角拍摄岩石颗粒各个面在不同高度视角中的多张特征图像，包括以下步骤：

将所述岩石颗粒放置转盘上，并是转盘按预定的转速进行旋转，以将岩石颗粒的各个面依次展现在多个具有不同高度视角的相机面前；同时控制多个具有不同高度视角的相机按预定的拍摄频率进行拍摄，以得到岩石颗粒各个面在不同高度视角中的多张特征图像。