[发明专利]基于主动全景视觉传感器的全方位三维建模系统

摘要

一种基于主动全景视觉传感器的全方位三维建模系统，包括全方位视觉传感器、移动面激光光源以及用于对全方位图像进行3D全景重构的微处理器，所述的全方位视觉传感器的中心与所述移动面激光光源的中心配置在同一根轴心线上；所述微处理器包括：视频图像读取模块、全方位视觉传感器标定模块、Bird-View变换模块、全方位面激光信息解析模块、联合标定模块、移动面激光光源的直线电机的位置估计模块、移动面的点云几何信息的计算模块，点云的几何信息和颜色信息的融合模块，以移动面的位置信息构建全景3D模型构建模块，3D全景模型生成模块和存储单元；本发明实现了3D全景模型重构的几何准确性、真实感和重建过程自动化的完美统一。

主权项

一种基于主动全景视觉传感器的全方位三维建模系统，其特征在于：所述全方位三维建模系统包括全方位视觉传感器、用于产生三维体结构投射光源的移动面激光光源以及用于对全方位图像进行3D全景重构的微处理器，所述的全方位视觉传感器的中心与所述移动面激光光源的中心配置在同一根轴心线上；所述全方位视觉传感器包括双曲面镜面、上盖、透明半圆形外罩、下固定座、摄像单元固定座、摄像单元、连接单元和上罩；所述的双曲面镜面固定在所述的上盖上，所述的连接单元将所述的下固定座和透明半圆形外罩连接成一体，所述的透明半圆形外罩与所述的上盖以及所述的上罩固定在一起，所述的摄像单元固定在所述的摄像单元固定座上，所述的摄像单元固定座固定在所述的下固定座上，所述的全方位视觉传感器中的所述的摄像单元的输出与所述微处理器连接；所述的移动面激光光源包括绿光线激光发生单元、线激光发生组合单元、直线电机组件、导向支撑杆、直线电机固定支架、底盘和红光线激光发生单元；所述的绿光线激光发生单元固定在所述的线激光发生组合单元的孔中，经过这样组合后的线激光能形成一个发出绿光的全方位面激光光源；所述的红光线激光发生单元固定在所述的线激光发生组合单元的孔中，经过这样组合后的线激光能形成一个发出红光的全方位面激光光源；组合后的绿光的全方位面激光光源部分和组合后的红光的全方位面激光光源部分分别固定在所述的直线电机组件中齿条的两端；所述的导向支撑杆垂直固定在所述的底盘上，所述的直线电机固定支架垂直固定在所述的底盘上；所述的全方位视觉传感器通过连接板安装在所述的移动面激光光源中的所述的导向支撑杆上，构成一个主动式全方位视觉传感器；所述微处理器包括：视频图像读取模块，用于读取全方位视觉传感器的视频图像，并保存在所述的存储单元中，其输出与所述的全方位视觉传感器标定模块、Bird‑View变换模块和全方位面激光信息解析模块连接；全方位视觉传感器标定模块，用于确定三维空间点和摄像机成像平面上的二 维图像点之间映射关系的参数，标定后的参数存放在所述的存储单元中；Bird‑View变换模块，用于读取存放在所述的存储单元中的全方位视觉传感器的标定参数值，通过Bird‑View变换来修正全方位视觉成像后严重扭曲变形，将全方位图像变换为Bird‑View视图，Bird‑View视图类似于鸟类俯瞰着这个地面上所形成的图像，变换后得到的Bird‑View视图存放在所述的存储单元中，以便后续处理中调用；全方位面激光信息解析模块，用于在全景图像上解析出激光投影信息，产生点云信息；联合标定模块，用于对所述的主动式全方位视觉传感器进行标定；由于所述的全方位视觉传感器和所述的移动面激光光源在装配过程中不可避免的存在着各种装配误差，通过联合标定将这些误差减少到最低限度；移动面激光光源的直线电机的位置估计模块，用于估算所述的移动面激光光源的当前位置，为所述的移动面的点云几何信息的计算模块提供数据；移动面的点云几何信息的计算模块，用于对所述的移动面激光光源的直线电机的位置的估计值以及在全景图像上解析出激光投影信息的相关像素坐标值计算移动面的点云几何信息；点云的几何信息和颜色信息的融合模块，对每个点云用(R,α,β，r,g,b)来表达其几何信息和颜色信息，其中，R为点云到全方位视觉传感器单视点Om的距离，α为点云到全方位视觉传感器单视点Om的入射角，β为点云到全方位视觉传感器单视点Om的方位角，r为点云的RGB颜色空间的R颜色分量，g为点云的RGB颜色空间的G颜色分量，b为点云的RGB颜色空间的B颜色分量；以移动面的位置信息构建全景3D模型构建模块，用于逐步构建全景3D模型；所述的移动面激光光源完成一次垂直方向的扫描过程，即从一个极限位置到另一个极限位置就完成了全景3D模型的构建，扫描过程中每一移动步长都会产生在某一个高度情况下的切片点云数据，将这些数据以所述的移动面激光光源的高度值作为保存索引，这样就能按切片点云数据产生顺序进行累加，为最后构建带有几何信息和颜色信息的全景3D模型；从上极限位置到下极限位置重构过程为向 下全景3D重构模式，从下极限位置到上极限位置重构过程为向上全景3D重构两种不同模式；3D全景模型生成模块，用于输出重构结果并为下一次重构做准备。