[发明专利]基于旋转折射片的单目摄像机三维重建方法、系统

说明书

本发明提出了一种基于旋转折射片的单目摄像机三维重建方法，该方法基于单目相机和折射片构成的图像采集装置，在折射片不同旋转角下进行多角度目标物的图像采集，对各图像进行特征点匹配，计算各图像特征点匹配对之间的单应变换关系，通过矩阵分解计算所述折射片的旋转轴的初值、各旋转角度下折射片法线方向的初值；基于折射片的折射率η和厚度h以及通过非共光心射线三角化对场景进行三维重建，得到三维重建初始结果；进一步通过优化旋转共轴约束下的非共光心三角化目标函数，获得三维重建最终结果。本发明提高了基于单目相机的三维重建结果的精准度。

技术领域

本发明属于视觉三维重建领域，具体涉及一种基于旋转折射片的单目摄像机三维重建方法、系统。

背景技术

三维重建是指将三维空间的物体或场景进行恢复和重构的技术，常采用的方法是，是对三维空间中的被重建对象的二维投影图像进行描述或重构的逆过程，由二维图像还原成含有三维信息的物体或场景。

传统的视觉三维重建需要多个相机或单个/多个相机运动，利用多视几何的方法对场景进行三维重建。多相机系统是目前较为常用的方式，但是由于采用多个相机，成本较高；单相机系统，需要相机与场景的相对运动进行多角度图像的采集，操作较为复杂。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决基于单目相机定位进行三维重建的便捷性和精确度的问题，本发明的第一方面，提出了一种基于旋转折射片的单目摄像机三维重建方法，基于图像采集装置进行图像采集，所述图像采集装置包括单目相机、折射装置；所述折射装置包括定轴旋转机构和该机构上固设的折射片；所述折射片设置于所述单目相机的镜头前方；

包括以下步骤：

步骤S100，标定所述折射片的折射率η和厚度h；

步骤S200，旋转所述折射片，通过所述单目相机拍摄目标物经过所述折射片折射后的图像，作为采集图像；获得所述折射片多个旋转角度下的采集图像，构建采集图像集；

步骤S300，对各采集图像进行特征点匹配，计算各采集图像特征点匹配对之间的单应变换关系，通过矩阵分解计算所述折射片的旋转轴的初值、各旋转角度下折射片法线方向/的初值；

步骤S400，基于η、h、通过非共光心射线三角化对场景进行三维重建，得到三维重建初始结果；

步骤S500，基于第一重建结果，通过优化旋转共轴约束下的非共光心三角化目标函数，计算求得多角度折射成像下的单目场景三维重建最终结果。

在一些优选实施方式中，步骤S100中“标定所述折射片的折射率η和厚度h”，其方法为：

基于h、η、R_cw、t_cw，最小化目标函数E，获取h、η的最终值；

/

其中，R_cw为标定板在摄像机坐标系下的旋转矩阵；t_cw为标定板在这相机坐标系下的平移向量；P_wi为标定板上的N个角点的标定板坐标，其经过折射后成像为p_i；为p_i对应的射线方向的单位向量，/η为折射片的折射率；/为折射片的法线方向在摄像机坐标系下的指向的单位向量，/

在一些优选实施方式中，在最小化目标函数E时，通过测量的方法获得h、η、的初值，利用P_wi和p_i求解PnP问题获得R_cw和t_cw的初值。

在一些优选实施方式中，步骤S300中“对各采集图像进行特征点匹配”，其方法为：对各采集图像提取SIFT特征点，通过描述子进行特征点匹配。