[发明专利]一种基于双目立体视觉的三维重建方法

权利要求书

1.一种基于双目立体视觉的三维重建方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤一、相机标定：通过数学计算，利用标定板，获得双目视觉系统中两台相机各自的内参数以及两台相机之间的姿态参数；

步骤二、采集图像对：使用两台规格相同的相机模组组合成的双目立体视觉系统对同一场景进行拍摄，获得初始的图像对；

步骤三、图像校正：两台相机成像平面共面，对应点极线水平且共线，针对步骤二中获得的初始图像对，使用步骤一中相机标定得到的内参数和姿态参数消除图像的畸变，获得待匹配的图像对；

步骤四、立体匹配：为参考图像中每个像素点搜索在目标图像中的同名点，并输出视差图；

步骤五、获取目标物体的三维点云：在参考图像中使用基于迭代的图割算法抠取场景中待重建的目标物体，得到待重建目标物体的掩码区域，将步骤四中获得的视差图结合此掩码区域求得视差图中待重建目标物体的区域，然后根据视差图中待重建目标物体区域的视差值并利用步骤一中标定得到的相机参数求得待重建目标物体的包含噪点的初始三维点云；

步骤六、点云去噪：对获得的初始三维点云使用基于统计滤波去噪算法对其进行去噪，得到更精准的待重建目标物体三维点云；

步骤七、基于特征提取的点云精简：针对步骤六中去噪后的点云，提取点云的边界特征点，并对非边界特征点实现基于栅格的点云精简；

步骤八、三角剖分：将步骤七中提取的点云边界特征点结合非边界特征点精简后的点做三角剖分，完成待重建目标物体的曲面模型；

步骤九、保存模型：将步骤八中得到的重建物体的曲面模型保存成多边形文件格式，方便后续可视化、维护等操作。

2.根据权利要求1所述的一种基于双目立体视觉的三维重建方法，其特征在于：所述步骤一中相机的内参数包括相机的焦距、主点坐标及畸变系数。相机的姿态参数包括相机之间的旋转矩阵、平移向量。

3.根据权利要求1所述的一种基于双目立体视觉的三维重建方法，其特征在于：所述步骤三中，图像校正包括立体校正和畸变校正；其中，立体校正对初始图像对进行透视变换，使图像对的极线水平且共线；畸变校正使成像过程符合小孔成像模型；经过立体校正和畸变校正为立体匹配提供图像对。

4.根据权利要求1所述的一种基于双目立体视觉的三维重建方法，其特征在于：所述步骤四中，使用基于深度学习的自适应聚合网络方法完成立体匹配工作。

5.根据权利要求1所述的一种基于双目立体视觉的三维重建方法，其特征在于：所述步骤五中，将待重建的目标物体的掩码区域抠取出，在参考图像中将重建目标物体使用矩形框进行框选，算法利用图像中的颜色和边界信息将对目标物体进行初始抠取，手动指定特殊区域的前景和背景区域；不断指定前景区域和背景区域获得新的参考图像中目标物体的掩码区域；最终将获得的视差图结合此掩码区域，获得待重建目标物体在视差图中的区域，并根据视差图中待重建目标物体区域的视差值求得待重建目标物体的初始三维点云。

6.根据权利要求5所述的一种基于双目立体视觉的三维重建方法，其特征在于：获得待重建目标物体的初始三维点云时，仅在视差图中相应的掩码区域利用三角测量原理计算对应的三维坐标，其他区域不做考虑；计算场景中目标物体表面的三维坐标，首先假设目标物体的三维点为P_w＝(X_w,Y_w,Z_w)，在两台相机的两成像平面上的投影点分别为p_l＝(x_l,y_l)、p_r＝(x_r,y_r)；计算三维坐标使用的方法如公式(1)所示：

其中，基线B为两台相机光心的距离，f为相机的焦距，d为视差值。