[发明专利]一种高性价比的3D实景复制装置

摘要

高性价比的3D实景复制装置，包括用于拍摄被重构物体的单目多视角立体视觉传感器，用于对被重构物体进行图像处理和3D实景复制的微处理器；单目多视角立体视觉传感器包括斗型镜腔、外壳、载物台、高清摄像机和半球形LED光源；所述的微处理器包括用于读取包含5个不同视角的被重构物体图像的图像读取模块，用于从5个不同视角的图像中分割出被重构物体前景并利用传感器的标定结果对不同视角图像进行旋转变换及畸变校正的图像处理模块，用于将各视图中被重构物体的图像亮度均匀化的图像增强模块，用于提取被重构物体表面点的真实三维坐标值及颜色值的三维点云获取模块，用于将点云数据进行三维重构的点云重构模块。

主权项

一种高性价比的3D实景复制装置，其特征在于：包括用于拍摄被重构物体的单目多视角立体视觉传感器，用于对被重构物体进行图像处理和3D复制的微处理器；所述的微处理器还包括：图像读取模块，用于从所述的视觉传感器中读取包含5个不同视角的被重构物体图像；传感器标定模块，用于对高清摄像机进行标定以及镜头的畸变校正；图像处理模块，用于从5个不同视角的图像中分割出被重构物体前景并利用传感器的标定结果对不同视角图像进行旋转变换及畸变校正，得到被重构物体的俯视图、主视图、左视图、后视图及右视图五种基本视图；图像增强模块，用于对主视图、左视图、后视图及右视图中由于折反射成像及照明不充分的像素进行亮度分量进行调整，使得各视图中被重构物体的图像亮度均匀化；三维点云获取模块，依据基本视图之间的长对正、高平齐、宽相等原则对被重构物体表面点的区域进行几何约束，然后以颜色一致性准则判定被重构物体表面的体素，并以该体素的真实三维坐标值及颜色值按照3D重构的数据格式要求保存点云数据；点云重构模块，用于将在所述的三维点云获取模块中获取的点云数据进行三维重构，实现被重构物体的三维实景复制；所述的单目多视角立体视觉传感器包括：用于从不同视角反射被重构物体外形的斗型镜腔，用于固定摄像机和LED光源以及密闭整个检测空间的装置外壳，用于放置被重构物体的载物台，用于拍摄被重构物体外形的高清摄像机，用于为装置提供照明的白色半球形LED光源；所述的斗型镜腔由4面尺寸相同的等腰梯形镜面构成，镜腔呈上大下小且镜面朝向腔体内侧，同时，腔体的中轴线重合于摄像机的主光轴；所述的装置外壳上部中心处用于固定所述高清摄像机与LED光源，底部用于固定所述斗型镜腔；所述的白色半球形LED光源由环状LED点光源和粗糙半球形内壁构成，从LED点光源发出的光线经过半球形内壁反射后照射到被重构物体表面，从而保证了被重构物体表面均匀的受光；所述的图像读取模块，用于从所述的高清摄像机中读取包含5个不同视角的被重构物体图像；所述的图像处理模块用于从5个不同视角的图像中分割出被重构物体前景并利用传感器的标定结果对不同视角图像进行旋转变换及畸变校正，得到被重构物体的俯视图、主视图、左视图、后视图及右视图五种基本视图；具体做法是用所述的图像处理模块中的全局Ostu算法对5幅从不同视角的图像进行分割，在提取被重构物体前景后，利用标定结果参数对所有视角的被重构物体图像进行归一化处理，归一化处理中采用了大小变换、平移变换、旋转变换及畸变校正算法，使得5幅从不同视角的图像符合基本视图之间的长对正、高平齐、宽相等原则；所述的图像增强模块，用于对主视图、左视图、后视图及右视图中由于折反射成像及照明不充分的像素进行亮度分量进行调整，使得各视图中被重构物体的图像亮度均匀化；具体做法是：首先，用公式(1)将左、主、右、后视图的图像转换到HSI颜色空间上，{H=arcos{[(R-G)+(R-B)]/2[(R-G)2+(R-B)(G-B)]12}S=1-3R+G+B[min(R,G,B)]I=13(R+G+B)---(1)]]>式中，R,G,B分别为左、主、右、后视图的图像在RGB颜色空间上的分量，H、S、I分别为左、主、右、后视图的图像在HSI颜色空间上的分量，然后，根据镜面制造商提供的镜面反射率并考虑照明光源在不同视角上的照明强度，用公式(2)对亮度分量进行调整，I'＝I×ΔI  (2)式中，ΔI为大于1的亮度调整系数，I'为亮度调整后的亮度分量；然后用公式(3)将亮度增强后的左、主、右、后视图的图像再变换到RGB颜色空间上，使得各视图上的被重构物体图像具有相同的颜色纹理特性；h=H×π/180;s=S/100;i=I′/255x=i×(1-s)y=i×[1+s×cos(h)cos(π/3-h)]z=3i-(x+y)r=y;g=z;b=xwhenh<2π/3r=x;g=y;b=zwhen2π/3≤h<4π/3,h=h-2π/3r=z;g=x;b=ywhen4π/3≤h<2π,h=h-4π/3---(3)]]>公式(3)计算出来的r、g、b是归一化的RGB颜色空间的颜色分量，要转换成标准的RGB颜色空间还需要对r、g、b的值乘上255，得到亮度增强后R',G',B'值。