[发明专利]基于差动拍摄装置的壁画高保真三维重建方法

摘要

本发明公开了壁画高保真三维重建方法，包括设置标定物、用相机在运动平台上对定标物进行拍摄、采用Zhengyou Zhang的算法标定相机参数、运用相机外参确定平台运动平面、利用外参确定相机光心与平面的夹角、用SIFT特征点查找特征点P、运动照片上像素计算点P与光心夹角、计算P点相对于运动平面坐标直至完成所有幅面的三维信息确定。本发明壁画高保真三维重建方法速度快且精确度高，不需要通过投影纹理。

主权项

一种基于差动拍摄装置的壁画高保真三维重建方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)以在壁画所处的平面为基准面，在基准面前放置标定物；(2)在保持相机与基准面的垂直距离不变的前提下，改变相机位置对标定物进行至少三次拍摄得到标定相片，且最后一次拍摄时相机的主轴垂直于基准面；(3)计算标定物的角点位置；(4)将标定物上的角点的三维坐标和所有标定相片上该角点的相片坐标一一对应；(5)标定相机内外参数，选取其三张标定照片，且其中一张为步骤(2)中最后一次拍摄得到的标定照片，根据拍摄所述的三张标定照片时相机相对于定标物的三维坐标，确定相机运动的平面A；在平面A中选定步骤(2)中最后一次拍摄时相机相对于标定物的坐标作为原点o，建立空间三维坐标系V；(6)根据步骤(2)中最后一次拍摄时相机主轴的方向，计算相机主轴与平面A的三维位置关系以及相机机身相对于相机主轴的自旋转角度γ。由相机主轴作为Z轴，平行于相机底部的且通过相机主轴的线为X轴，建立坐标系V’，计算出坐标系V在坐标系V’中的旋转矩阵R；(7)利用相机拍摄壁画并且记录拍摄时相机相对于平面A的二维坐标信息，然后在平面A内按固定步长平移相机再次拍摄壁画，使前后两张张照片的重叠率超过50％，直至完成整幅壁画的拍摄；(8)选取两张重复率超过50％的照片，通过SIFT算法提取特征点，匹配找到两张照片中对应的同一特征点P，通过小孔成像原理，对原始照片用相机内参进行校正，求出特征点P分别在两张照片中的像素坐标，根据照片中心的像素坐标计算得到在特征点P到相机镜头光心的连线与相机主轴的夹角；(9)根据步骤(6)、(8)的结果可以求出特征点P与拍摄这两张照片时相机所在点的三角位置关系，并得出特征点P相对于平面A的三维空间坐标；(10)通过重复步骤(8)、(9)完成所有壁画照片中特征点的三维空间坐标确定。