本發(fā)明涉及計算機(jī)視覺技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于轉(zhuǎn)臺的自動化數(shù)據(jù)采集與三維建模的方法及裝置。

背景技術(shù)：

作為點(diǎn)和其它信息集合的數(shù)據(jù)，三維模型可以手工生成，也可以按照一定的算法生成?，F(xiàn)在，三維模型已經(jīng)用于各種不同的領(lǐng)域。在醫(yī)療行業(yè)使用它們制作器官的精確模型；電影行業(yè)將它們用于活動的人物、物體以及現(xiàn)實電影；視頻游戲產(chǎn)業(yè)將它們作為計算機(jī)與視頻游戲中的資源；在科學(xué)領(lǐng)域?qū)⑺鼈冏鳛榛衔锏木_模型；建筑業(yè)將它們用來展示提議的建筑物或者風(fēng)景表現(xiàn)；工程界將它們用于設(shè)計新設(shè)備、交通工具、結(jié)構(gòu)以及其它應(yīng)用領(lǐng)域；在最近幾十年，地球科學(xué)領(lǐng)域開始構(gòu)建三維地質(zhì)模型。

目前針對物體的建模方法，大體上有三種：第一種方式利用三維軟件建模。在市場上可以看到許多優(yōu)秀建模軟件，比較知名的有3DMAX，Maya，UG以及AutoCAD等等。它們的共同特點(diǎn)是利用一些基本的幾何元素，如立方體、球體等，通過一系列幾何操作，如平移、旋轉(zhuǎn)、拉伸以及布爾運(yùn)算等來構(gòu)建復(fù)雜的幾何場景，但對于形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物體，難以準(zhǔn)確恢復(fù)出物體的三維模型；第二種方式通過儀器設(shè)備測量建模。通過專業(yè)的三維掃描儀，獲取被測物體表面采樣點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)，測量精度較高，但其缺點(diǎn)是價格昂貴，需要專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行操作；第三種方式利用圖像或者視頻來建模。由于圖像本身包含著豐富的場景信息，通過對系列圖像的處理，可從二維圖像中準(zhǔn)確恢復(fù)出場景的三維形狀，并進(jìn)行逼真的紋理映射。與傳統(tǒng)利用軟件建?；蛘呷S掃描儀建模的方法相比，基于圖像建模的方法成本低廉，真實感強(qiáng)，自動化程度高，因而具有廣泛的應(yīng)用前景。

現(xiàn)有基于圖像三維重建方法，是通過不同圖像對應(yīng)的同名特征點(diǎn)，利用最小二乘優(yōu)化算法，反推出相應(yīng)的基礎(chǔ)矩陣和本質(zhì)矩陣，進(jìn)而得到相應(yīng)的內(nèi)外參數(shù)。2004年，Lowe提出了基于SIFT特征的圖像特征點(diǎn)匹配算法，其全稱是Scale Invariant Feature Transform，即尺度不變特征變換，簡稱SIFT。SIFT算法是一種提取局部特征的算法，其原理是在尺度空間尋找極值點(diǎn)，提取位置、尺度、旋轉(zhuǎn)不變量，生成關(guān)鍵點(diǎn)特征描述符，然后根據(jù)這些不變量特征進(jìn)行匹配。但是該方法的穩(wěn)定性極大的依賴于圖像表面的紋理特征，當(dāng)物體表面呈現(xiàn)出弱紋理時，會導(dǎo)致該方法失效，不能有效對物體進(jìn)行三維建模。另外三維重建的完整性又依賴于拍攝圖像對物體的覆蓋程度以及圖像間的拍攝內(nèi)容的重疊率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對上述問題提供一種能夠?qū)θ跫y理物體進(jìn)行三維建模的基于轉(zhuǎn)臺的自動化數(shù)據(jù)采集與三維建模的方法及裝置。

為實現(xiàn)本發(fā)明目的提供的一種基于轉(zhuǎn)臺的自動化數(shù)據(jù)采集與三維建模的方法，用于通過相機(jī)陣列對放置在轉(zhuǎn)臺上的物品進(jìn)行三維建模，所述方法包括：

獲取機(jī)陣列中各相機(jī)相對所述轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動中心的初始投影矩陣；

控制所述轉(zhuǎn)臺圍繞轉(zhuǎn)動中心轉(zhuǎn)動多個角度，并在每一轉(zhuǎn)動角度獲取所述相機(jī)的轉(zhuǎn)動投影矩陣和所述物品的轉(zhuǎn)動拍攝圖片；

根據(jù)所述轉(zhuǎn)動投影矩陣和所述轉(zhuǎn)動拍攝圖片利用SIFT特征進(jìn)行三維建模，得到所述物品的三維模型；且

所述相機(jī)陣列中包含兩個以上相機(jī)。

在其中一個實施例的基于轉(zhuǎn)臺的自動化數(shù)據(jù)采集與三維建模的方法中，所述方法還包括：

根據(jù)建模所得三維點(diǎn)云和所述轉(zhuǎn)動拍攝圖片之間的紋理圖像對應(yīng)關(guān)系，對所述物品的三維模型進(jìn)行處理，得到所述物品的真彩三維模型。

在其中一個實施例的基于轉(zhuǎn)臺的自動化數(shù)據(jù)采集與三維建模的方法中，任意兩個相鄰的轉(zhuǎn)動角度之間的夾角相等。

在其中一個實施例的基于轉(zhuǎn)臺的自動化數(shù)據(jù)采集與三維建模的方法中，在所述轉(zhuǎn)臺遠(yuǎn)離所述相機(jī)陣列的一側(cè)設(shè)置純色拍攝背景板。

在其中一個實施例的基于轉(zhuǎn)臺的自動化數(shù)據(jù)采集與三維建模的方法中，所述相機(jī)陣列中相機(jī)的數(shù)量大于等于2個。

在其中一個實施例的基于轉(zhuǎn)臺的自動化數(shù)據(jù)采集與三維建模的方法中，通過在轉(zhuǎn)臺上設(shè)置至少一個隨轉(zhuǎn)臺一起轉(zhuǎn)動的標(biāo)定棋盤，獲取相機(jī)相對所述轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動中心的初始投影矩陣，包括以下步驟：

控制轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動，相機(jī)陣列中每個相機(jī)從兩個以上方位分別獲取所述標(biāo)定棋盤的拍攝圖片；

根據(jù)所述拍攝圖片確定各相機(jī)與所述標(biāo)定棋盤之間的位置關(guān)系及相機(jī)之間的位置關(guān)系；

通過兩個以上所述拍攝圖片及所述標(biāo)定棋盤確定的三維世界坐標(biāo)系，確定所述轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動中心；

通過相機(jī)與所述標(biāo)定棋盤之間的位置關(guān)系、相機(jī)之間的位置關(guān)系及所述轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動中心確定相機(jī)相對所述轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動中心的初始投影矩陣。

在其中一個實施例的基于轉(zhuǎn)臺的自動化數(shù)據(jù)采集與三維建模的方法中，在轉(zhuǎn)臺上設(shè)置兩個標(biāo)定棋盤，一個水平標(biāo)定棋盤和一個豎直標(biāo)定棋盤，所述水平標(biāo)定棋盤與所述轉(zhuǎn)臺之間的夾角小于90度，且所述水平標(biāo)定棋盤能夠至少被一個相機(jī)拍攝到，所述豎直標(biāo)定棋盤能夠被相機(jī)陣列中的所有相機(jī)拍攝到；且

所述水平標(biāo)定棋盤與所述轉(zhuǎn)臺臺面相貼合；所述豎直標(biāo)定棋盤與所述轉(zhuǎn)臺臺面成90度角；從8個不同的方位獲取所述標(biāo)定棋盤的拍攝圖片。

基于同一發(fā)明構(gòu)思，還提供一種基于轉(zhuǎn)臺的自動化數(shù)據(jù)采集與三維建模的裝置，用于通過相機(jī)陣列對放置在轉(zhuǎn)臺上的物品進(jìn)行三維建模，所述裝置包括：

初始矩陣獲取模塊，用于獲取相機(jī)陣列中各相機(jī)相對所述轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動中心的初始投影矩陣；

轉(zhuǎn)動控制模塊，用于控制所述轉(zhuǎn)臺圍繞轉(zhuǎn)動中心轉(zhuǎn)動多個角度，并在每一轉(zhuǎn)動角度獲取所述相機(jī)的轉(zhuǎn)動投影矩陣和所述物品的轉(zhuǎn)動拍攝圖片；

三維建模模塊，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)動投影矩陣和所述轉(zhuǎn)動拍攝圖片利用SIFT特征進(jìn)行三維建模，得到所述物品的三維模型；

所述相機(jī)陣列中包含兩個以上相機(jī)。

其中一個實施例的基于轉(zhuǎn)臺的自動化數(shù)據(jù)采集與三維建模的裝置，還包括紋理處理模塊，用于根據(jù)建模所得三維點(diǎn)云和所述轉(zhuǎn)動拍攝圖片之間的紋理圖像對應(yīng)關(guān)系，對所述物品的三維模型進(jìn)行處理，得到所述物品的真彩三維模型。

其中一個實施例的基于轉(zhuǎn)臺的自動化數(shù)據(jù)采集與三維建模的裝置，在進(jìn)行三維建模時，在轉(zhuǎn)臺上設(shè)置至少一個隨轉(zhuǎn)臺一起轉(zhuǎn)動的標(biāo)定棋盤，用于建立初始投影矩陣，所述初始矩陣獲取模塊包括：

圖片拍攝控制子模塊，用于控制相機(jī)陣列中各相機(jī)從兩個以上方位分別獲取所述標(biāo)定棋盤的拍攝圖片；

位置關(guān)系確定子模塊，用于根據(jù)所述拍攝圖片確定各相機(jī)與所述標(biāo)定棋盤之間的位置關(guān)系及相機(jī)之間的位置關(guān)系；

轉(zhuǎn)動中心確定子模塊，用于通過兩個以上所述拍攝圖片及所述標(biāo)定棋盤確定的三維世界坐標(biāo)系，確定所述轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動中心；

位置標(biāo)定子模塊，用于通過相機(jī)與所述標(biāo)定棋盤之間的位置關(guān)系、所述相機(jī)之間的位置關(guān)系及所述轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動中心確定所述相機(jī)相對所述轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動中心的初始投影矩陣。

本發(fā)明的有益效果包括：本發(fā)明提供的一種基于轉(zhuǎn)臺的自動化數(shù)據(jù)采集與三維建模的方法，通過借助于精密的轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)角信息，實現(xiàn)了目標(biāo)物體的自動、準(zhǔn)確三維重建。其弱化了圖像紋理的要求，而且避免了傳統(tǒng)基于圖像三維重建過程中利用圖像特征估算相機(jī)內(nèi)外參數(shù)的不穩(wěn)定性，而且能同時利用多個相機(jī)采集多個不同角度(和不同光照)下建模目標(biāo)的圖片，提取真實尺度，(具有速度快、針對性強(qiáng)、成本低、精度高、拼接積累誤差小的特點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種基于轉(zhuǎn)臺的自動化數(shù)據(jù)采集與三維建模的方法一具體實施例的流程圖；

圖2為基于轉(zhuǎn)臺的建模系統(tǒng)結(jié)合標(biāo)定棋盤進(jìn)行標(biāo)定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明一種基于轉(zhuǎn)臺的自動化數(shù)據(jù)采集與三維建模的方法另一具體實施例的流程圖；

圖4為基于轉(zhuǎn)臺的建模系統(tǒng)對物體進(jìn)行建模的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖5為結(jié)合轉(zhuǎn)臺進(jìn)行轉(zhuǎn)動矩陣確定的示意圖；

圖6為本發(fā)明一種基于轉(zhuǎn)臺的自動化數(shù)據(jù)采集與三維建模的裝置一具體實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖7為本發(fā)明一種基于轉(zhuǎn)臺的自動化數(shù)據(jù)采集與三維建模的裝置另一具體實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖8為本發(fā)明一種基于轉(zhuǎn)臺的自動化數(shù)據(jù)采集與三維建模的裝置中初始矩陣獲取模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的基于轉(zhuǎn)臺的自動化數(shù)據(jù)采集與三維建模的方法及裝置的具體實施方式進(jìn)行說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明的方法通過相機(jī)陣列對放置在電動轉(zhuǎn)臺上的物品進(jìn)行三維建模。通過上位機(jī)(計算機(jī))控制電動轉(zhuǎn)臺并對相機(jī)拍照進(jìn)行控制。并對相機(jī)陣列中所有相機(jī)拍攝的照片進(jìn)行處理，構(gòu)建轉(zhuǎn)臺上的物品的三維模型。

一具體實施例的基于轉(zhuǎn)臺的自動化數(shù)據(jù)采集與三維建模的方法，如圖1所示，方法包括以下步驟：

S100，獲取相機(jī)陣列中各相機(jī)相對轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動中心的初始投影矩陣。

本步驟是進(jìn)行后續(xù)相機(jī)拍攝圖片處理，并進(jìn)行三維建模的必須步驟。確定相機(jī)和轉(zhuǎn)臺之間的位姿關(guān)系。但是對于相機(jī)陣列中相機(jī)和轉(zhuǎn)臺之間的位姿關(guān)系。在相機(jī)陣列與轉(zhuǎn)臺不發(fā)生位置關(guān)系變動時，相機(jī)陣列和轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)只需要進(jìn)行一次標(biāo)定。并將標(biāo)定結(jié)果存儲到上位機(jī)中，在進(jìn)行物體的三維建模時，只需讀取已經(jīng)存儲的相機(jī)陣列中各相機(jī)與轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動中心的初始投影矩陣即可。且一般相機(jī)陣列中會包含兩個以上相機(jī)，也即相機(jī)陣列中相機(jī)的數(shù)量會大于等于2個。

當(dāng)然，如果每次進(jìn)行物體三維建模需要對相機(jī)陣列系統(tǒng)位置等進(jìn)行調(diào)整，則最好是每次都對相機(jī)與轉(zhuǎn)臺進(jìn)行標(biāo)定，確定相機(jī)對轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動中心的初始投影矩陣。如為了更準(zhǔn)確的對物體進(jìn)行三維建模，可將所要進(jìn)行三維建模的物體放置到轉(zhuǎn)臺上，并調(diào)整相機(jī)陣列相對轉(zhuǎn)臺的距離及各相機(jī)焦距，保證所進(jìn)行三維建模的物品能在相機(jī)陣列的各相機(jī)中清晰完整成像。

對于初始投影矩陣的確定，在轉(zhuǎn)臺上設(shè)置至少一個隨轉(zhuǎn)臺一起轉(zhuǎn)動的標(biāo)定棋盤，并通過以下步驟進(jìn)行：

S110，控制轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動，相機(jī)陣列中每個相機(jī)從兩個以上方位分別獲取標(biāo)定棋盤的拍攝圖片。本實施例的方法中，為通過標(biāo)定棋盤確定相機(jī)與轉(zhuǎn)臺之間的位姿關(guān)系，需要從多個角度拍攝多張標(biāo)定棋盤的拍攝圖片。其中對電動轉(zhuǎn)臺的控制可與對相機(jī)的控制同步進(jìn)行，也可單獨(dú)對電動轉(zhuǎn)臺進(jìn)行轉(zhuǎn)動控制。而對于電動轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動角度可以進(jìn)行記錄，用于在根據(jù)拍攝圖片中的標(biāo)定棋盤進(jìn)行相機(jī)與棋盤及相機(jī)與電動轉(zhuǎn)臺之間的位置關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定時，起輔助的作用。但是也可以不對電動轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動角度進(jìn)行記錄，只根據(jù)拍攝的多個角度的拍攝圖片進(jìn)行相機(jī)與電動轉(zhuǎn)臺之間的位置關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定。

另外還需要說明的是，為了根據(jù)拍攝圖片中的標(biāo)定棋盤確定相機(jī)與電動轉(zhuǎn)臺之間的位置關(guān)系，本實施例中至少設(shè)置一個不與電動轉(zhuǎn)臺的臺面垂直的標(biāo)定棋盤。而且也可以只設(shè)置一個能夠被所有相機(jī)拍攝到的標(biāo)定棋盤，而且該標(biāo)定棋盤不與電動轉(zhuǎn)臺的臺面垂直。在后續(xù)位姿標(biāo)定過程中只根據(jù)拍攝圖片中該標(biāo)定棋盤的位置確定多個相機(jī)之間的位置關(guān)系及相機(jī)與電動轉(zhuǎn)臺之間的關(guān)系。而在其他實施例中，也可以設(shè)置兩個以上標(biāo)定棋盤，其中至少一個能夠被相機(jī)陣列中的所有相機(jī)拍攝到，用于確定相機(jī)之間的位置關(guān)系。且至少一個不垂直于電動轉(zhuǎn)臺臺面的標(biāo)定棋盤能夠被相機(jī)陣列中的一個相機(jī)拍攝到，用于確定該相機(jī)與電動轉(zhuǎn)臺之間的位置關(guān)系。

而具體要拍攝的拍攝圖片的數(shù)量及拍攝的方位，可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，為了達(dá)到更精確的轉(zhuǎn)臺及相機(jī)的標(biāo)定，可進(jìn)行盡量多方位的圖片拍攝，如可以進(jìn)行8方位或者更多方位的拍攝圖片。當(dāng)然，也可以只進(jìn)行兩個方位圖片的拍攝。

S120，根據(jù)拍攝圖片確定各相機(jī)與標(biāo)定棋盤之間的位置關(guān)系及相機(jī)之間的位置關(guān)系。

結(jié)合前面的描述，本步驟中，如果標(biāo)定棋盤只有一個，則根據(jù)從多個方位拍攝的拍攝圖片，確定相機(jī)與標(biāo)定棋盤之間的位置關(guān)系，并根據(jù)每臺相機(jī)與該標(biāo)定棋盤之間的位置關(guān)系確定多個相機(jī)之間的位置關(guān)系。

而標(biāo)定棋盤不為一時，可選擇其中一個相機(jī)作為初始位置相機(jī)，確定該相機(jī)與某一個標(biāo)定棋盤之間的位置關(guān)系。而進(jìn)一步可結(jié)合另一標(biāo)定棋盤確定其他相機(jī)與前述相機(jī)之間的位置關(guān)系。后續(xù)可為確定的這些位置關(guān)系進(jìn)行進(jìn)一步分析，最終標(biāo)定各相機(jī)與電動轉(zhuǎn)臺之間的位姿關(guān)系。

S130，通過兩個以上拍攝圖片及標(biāo)定棋盤確定的三維世界坐標(biāo)系，確定轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動中心。

本步驟中，所確定的轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動中心是基于標(biāo)定棋盤的三維世界坐標(biāo)系的，其中，當(dāng)在電動轉(zhuǎn)臺上只設(shè)置一個標(biāo)定棋盤時，該轉(zhuǎn)動中心基于該唯一的標(biāo)定棋盤確定，而當(dāng)電動轉(zhuǎn)臺上設(shè)置兩個以上標(biāo)定棋盤時，本步驟中基于的標(biāo)定棋盤為步驟S200中選定的初始位置相機(jī)所對應(yīng)的相機(jī)與標(biāo)定棋盤位置關(guān)系中的標(biāo)定棋盤。而且本步驟最終確定的轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動中心為基于世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)動中心。

S140，通過相機(jī)與標(biāo)定棋盤之間的位置關(guān)系、相機(jī)之間的位置關(guān)系及轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動中心確定相機(jī)與轉(zhuǎn)臺之間的位姿關(guān)系。

結(jié)合標(biāo)定棋盤最終確定了轉(zhuǎn)臺中心，由此也能確定轉(zhuǎn)臺中心與標(biāo)定棋盤確定的三維世界坐標(biāo)系的位置關(guān)系，再結(jié)合相機(jī)與標(biāo)定棋盤之間的位置關(guān)系，能夠最終確定相機(jī)與轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動中心之間的位置關(guān)系，即確定了相機(jī)與轉(zhuǎn)臺之間的位姿關(guān)系。再進(jìn)一步的，因為通過拍攝圖片確定了相機(jī)陣列中各相機(jī)之間的位置關(guān)系，從而可以確定各相機(jī)與轉(zhuǎn)臺之間的位置關(guān)系。實現(xiàn)過程簡單，需要的硬件設(shè)備成本低，且安裝簡便。而且通過多方位圖片拍攝輔助計算機(jī)高精度圖像處理，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度相機(jī)與電動轉(zhuǎn)臺位姿關(guān)系標(biāo)定。

在其中一個實施例中，如圖2所示，在轉(zhuǎn)臺200上設(shè)置兩個標(biāo)定棋盤，一個水平標(biāo)定棋盤002和一個豎直標(biāo)定棋盤001。水平標(biāo)定棋盤002與轉(zhuǎn)臺之間的夾角小于90度，最好是貼近0度。在時間安裝過程中，可使水平標(biāo)定棋盤002與電動轉(zhuǎn)臺的臺面相貼合。而且水平標(biāo)定棋盤能夠被至少一個相機(jī)拍攝到，用于確定該初始位置相機(jī)與水平標(biāo)定棋盤之間的位置關(guān)系。豎直標(biāo)定棋盤3-1能夠被相機(jī)陣列中的所有相機(jī)拍攝到，用于確定各相機(jī)之間的位置關(guān)系，尤其是確定相機(jī)陣列中其他相機(jī)與所述初始位置相機(jī)之間的位置關(guān)系。

且在一具體實例中，設(shè)置用于標(biāo)定各相機(jī)之間位置關(guān)系的豎直標(biāo)定棋盤001與電動轉(zhuǎn)臺的臺面相垂直，即豎直標(biāo)定棋盤001與轉(zhuǎn)臺臺面成90度角。該設(shè)置能夠大大降低后續(xù)圖像處理的難度，便于通過圖片確定相機(jī)之間的位置關(guān)系，提高圖像處理即位置關(guān)系確定效率。

在設(shè)置標(biāo)定棋盤時，調(diào)整相機(jī)的光心方向以正對旋轉(zhuǎn)棋盤。適當(dāng)調(diào)節(jié)相機(jī)相應(yīng)的焦距，使轉(zhuǎn)臺能在各相機(jī)下均能清晰成像，并盡量充分的覆蓋整個圖像平面。將立體標(biāo)定板(標(biāo)定棋盤)放置在轉(zhuǎn)臺上，將棋盤平面方向盡量朝向陣列相機(jī)所在方向，手動調(diào)整其相應(yīng)的位置，保證相機(jī)3-1能同時清晰看到水平標(biāo)定棋盤面和豎直標(biāo)定棋盤面，且相機(jī)3-1相對水平標(biāo)定棋盤視角傾斜不能太大，以保證后續(xù)棋盤角點(diǎn)的準(zhǔn)確識別和提取。同時要保證相機(jī)陣列中的其他相機(jī)能清晰看到豎直標(biāo)定棋盤面。然后利用轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)和相機(jī)的抓拍功能，在轉(zhuǎn)臺每轉(zhuǎn)動一定角度時，兩相機(jī)進(jìn)行同步抓拍標(biāo)定圖像。

更具體的，作為一種可實施方式，在進(jìn)行圖片拍攝時，控制轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動，分別從轉(zhuǎn)臺的8個不同角度同步抓拍獲取拍攝圖像，并保證獲取的所有8幅圖像中，相機(jī)3-1均能清晰看到水平和豎直標(biāo)定棋盤角點(diǎn)，其他相機(jī)能清晰看到豎直標(biāo)定棋盤角點(diǎn)。從而能標(biāo)定相機(jī)陣列中所有相機(jī)與轉(zhuǎn)臺之間的位姿關(guān)系，確定相機(jī)相對轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動中心的初始投影矩陣

獲取到相機(jī)的初始投影矩陣后，則將需要建模的物體放到電動轉(zhuǎn)臺的臺面上，使物體隨轉(zhuǎn)臺一起轉(zhuǎn)動，并繼續(xù)執(zhí)行步驟S200。

S200，控制轉(zhuǎn)臺圍繞轉(zhuǎn)動中心轉(zhuǎn)動多個角度，并在每一轉(zhuǎn)動角度獲取相機(jī)的轉(zhuǎn)動投影矩陣和物品的轉(zhuǎn)動拍攝圖片。

進(jìn)行物體建模時，控制轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)動一個角度都控制相機(jī)進(jìn)行拍照，獲取該角度上的轉(zhuǎn)動投影矩陣以及該角度上物品的轉(zhuǎn)動拍攝圖片。而且，為了進(jìn)行物品的精確三維建模，最好從3個以上轉(zhuǎn)動角度獲取相應(yīng)的轉(zhuǎn)動投影矩陣及轉(zhuǎn)動拍攝圖片。且所拍攝的轉(zhuǎn)動拍攝圖片應(yīng)該能夠覆蓋所建模物品的各方向。

具體的拍攝角度的數(shù)量可以根據(jù)需求及上位機(jī)(計算機(jī))的處理效率決定。較佳的，可進(jìn)行8個轉(zhuǎn)動角度的轉(zhuǎn)動拍攝圖片，并進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)動投影矩陣確定。

具體的，在對轉(zhuǎn)臺進(jìn)行轉(zhuǎn)動控制時對每個轉(zhuǎn)動角度進(jìn)行記錄，結(jié)合初始投影矩陣及轉(zhuǎn)動的角度進(jìn)行轉(zhuǎn)動投影矩陣的計算，并控制相機(jī)獲取該角度下的轉(zhuǎn)動拍攝圖片。

S300，根據(jù)轉(zhuǎn)動投影矩陣和轉(zhuǎn)動拍攝圖片利用SIFT特征進(jìn)行三維建模，得到物品的三維模型。

在各個角度獲取所要建模的物品的轉(zhuǎn)動拍攝圖片后，根據(jù)所有拍攝的圖片及對應(yīng)圖片的轉(zhuǎn)動投影矩陣對物品進(jìn)行三維建模。

本實施例的基于轉(zhuǎn)臺的三維建模的方法，結(jié)合精確的轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動角度確定該角度下相機(jī)相對轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動投影矩陣，并針對各角度物品圖片進(jìn)行三維建模，由于精確轉(zhuǎn)動角度的利用，減低了SIFT特征提取對物品紋理特征的依賴。能夠采用該方法對弱紋理特性的物品進(jìn)行有效三維建模。

如圖3所示，在另一實施例的基于轉(zhuǎn)臺的三維建模的方法，除包含前述步驟S100～S300外，還包括以下步驟。

S400，根據(jù)建模所得三維點(diǎn)云和轉(zhuǎn)動拍攝圖片之間的紋理圖像對應(yīng)關(guān)系，對物品的三維模型進(jìn)行處理，得到物品的真彩三維模型。

在不同轉(zhuǎn)角位置下獲取相機(jī)的轉(zhuǎn)動投影矩陣后，結(jié)合該位置下得到的投影拍攝圖片，即可利用SIFT特征檢測找到匹配點(diǎn)，實現(xiàn)類SFM的三維重建，并進(jìn)行準(zhǔn)確的紋理映射，最終生成真彩的三維模型。

在一具體實例中，為了三維建模效果更好，如圖4所示，相機(jī)陣列中包含3臺相機(jī)，分別為3-1，3-2和3-3，并在轉(zhuǎn)臺200遠(yuǎn)離相機(jī)陣列的一側(cè)設(shè)置純色的拍攝背景板400。并且在進(jìn)行轉(zhuǎn)臺200的轉(zhuǎn)動控制時，轉(zhuǎn)臺200圍繞轉(zhuǎn)動中心在轉(zhuǎn)動圓周360度范圍內(nèi)以一固定角度為步長進(jìn)行轉(zhuǎn)動，即任意兩個相鄰的轉(zhuǎn)動角度之間的夾角相等，從而便于后續(xù)轉(zhuǎn)動投影矩陣的計算。

進(jìn)行初始投影矩陣及轉(zhuǎn)動投影矩陣計算時，在轉(zhuǎn)臺臺面上設(shè)置一個豎直標(biāo)定棋盤和一個水平標(biāo)定棋盤，過程如圖5所示，通過上述三相機(jī)(相機(jī)3-1，相機(jī)3-2和相機(jī)3-3)獲取的棋盤垂直標(biāo)定圖像，運(yùn)用張正友的平面棋盤標(biāo)定方法，同時標(biāo)定出三相機(jī)的內(nèi)參數(shù)K_3-1，K_3-2，K_3-3，以及上相機(jī)3-1相對中相機(jī)3-2和下相機(jī)3-3間的相互位姿關(guān)系[R₁₂ T₁₂]，[R₁₃T₁₃]。

利用上相機(jī)3-1對水平棋盤平面的可視性，標(biāo)定出水平棋盤和上相機(jī)3-1間的位置關(guān)系，然后通過水平棋盤隨轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)，得到棋盤精密轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)中心O_c。并最終得到上相機(jī)3-1相對轉(zhuǎn)臺中心的投影矩陣[R₁' T₁']。然后利用三相機(jī)彼此間的位置關(guān)系[R₁₂T₁₂]，[R₁₃ T₁₃]，進(jìn)而可以得到中相機(jī)3-2和下相機(jī)3-3相對轉(zhuǎn)臺中心的變換關(guān)系[R₂' T₂']和[R₃' T₃']。

由已知的內(nèi)參數(shù)和外參數(shù)，可以得到該位置下三相機(jī)對轉(zhuǎn)臺中心世界坐標(biāo)系的初始投影矩陣分別為是：相機(jī)3-1投影矩陣：P_3-1⁰＝K_3-1[R₁' T₁']；相機(jī)3-2投影矩陣P_3-2⁰＝K_3-2[R₂' T₂']；相機(jī)3-3投影矩陣P_3-3⁰＝K_3-3[R₃' T₃']。

當(dāng)精密轉(zhuǎn)臺繞其中心坐標(biāo)系W_c的Z軸以每隔θ角度旋轉(zhuǎn)時，從相對運(yùn)動的角度，可以認(rèn)為是相機(jī)繞轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)軸為中心進(jìn)行轉(zhuǎn)動，由轉(zhuǎn)角θ得到旋轉(zhuǎn)變換矩陣為

在轉(zhuǎn)臺以轉(zhuǎn)角θ為步長進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)時，可以得到一系列不同轉(zhuǎn)角位置θ,2θ,…,nθ，n為轉(zhuǎn)動角度的數(shù)量。進(jìn)而可以得到所有位置下對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)變換矩陣R_2θ＝R_θ·R_θ，R_3θ＝R_θ·R_θ·R_θ，

在相機(jī)繞轉(zhuǎn)臺中心做旋轉(zhuǎn)時，可由上述旋轉(zhuǎn)矩陣，得到相機(jī)不同轉(zhuǎn)角下對應(yīng)的投影矩陣。如上相機(jī)3-1的一系列投影矩陣為：P_3-1⁰＝K_3-1[R₁' T₁']，P_3-1¹＝K_3-1[R₁'·R_θ T₁']，P_3-1²＝K_3-1[R₁'·R_2θ T₁']，…，P_3-1ⁿ＝K_3-1[R₁'·R_nθ T₁']。

同理可以得到不同位置中相機(jī)3-2的系列投影矩陣P_3-2¹＝K_3-2[R₂'·R_θ T₂']，P_3-2²＝K_3-2[R₂'·R_2θ T₂']…P_3-2ⁿ＝K_3-3[R₂'·R_nθ T₂']；以及下相機(jī)3-3的系列投影矩陣P_3-3⁰＝K_3-3[R₃' T₃']，P_3-3¹＝K_3-3[R₃'·R_θ T₃']，P_3-3²＝K_3-3[R₃'·R_2θ T₃']…P_3-3ⁿ＝K_3-3[R₃'·R_nθ T₃']。

在每個轉(zhuǎn)動角度都控制相機(jī)對物體進(jìn)行拍照。作為一種可實施方式，控制相機(jī)陣列中的每臺相機(jī)各對所建模物體拍攝50幅轉(zhuǎn)動拍攝圖片。

后續(xù)根據(jù)各相機(jī)在不同轉(zhuǎn)動角度的轉(zhuǎn)動投影矩陣及對應(yīng)的轉(zhuǎn)動拍攝圖片進(jìn)行物體的三維建模。

另外需要說明的是，在轉(zhuǎn)臺的初始位置，也可以進(jìn)行物體的圖片拍攝，并作為轉(zhuǎn)動拍攝圖片之一。

基于同一發(fā)明構(gòu)思，還提供一種基于轉(zhuǎn)臺的三維建模的裝置，由于此裝置解決問題的原理與前述一種基于轉(zhuǎn)臺的三維建模的方法相似，因此，該裝置的實施可以按照前述方法的具體步驟實現(xiàn)，重復(fù)之處不再贅述。

該裝置用于通過相機(jī)陣列對放置在轉(zhuǎn)臺上的物品進(jìn)行三維建模，如圖6所示，其中一個實施例的基于轉(zhuǎn)臺的三維建模的裝置包括：初始矩陣獲取模塊100、轉(zhuǎn)動控制模塊200及三維建模模塊300。其中，所述初始矩陣獲取模塊100，用于獲取相機(jī)陣列中各相機(jī)相對轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動中心的初始投影矩陣；所述轉(zhuǎn)動控制模塊200，用于控制轉(zhuǎn)臺圍繞轉(zhuǎn)動中心轉(zhuǎn)動多個角度，并在每一轉(zhuǎn)動角度獲取相機(jī)的轉(zhuǎn)動投影矩陣和物品的轉(zhuǎn)動拍攝圖片；所述三維建模模塊300，用于根據(jù)轉(zhuǎn)動投影矩陣和轉(zhuǎn)動拍攝圖片利用SIFT特征進(jìn)行三維建模，得到物品的三維模型。且進(jìn)行三維建模時所使用系統(tǒng)的相機(jī)陣列中包含兩個以上的相機(jī)。

且較佳的，在相機(jī)陣列中設(shè)置3個相機(jī)。

該裝置通過借助于精密的轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)角信息，實現(xiàn)了目標(biāo)物體的自動、準(zhǔn)確三維重建。其弱化了圖像紋理的要求，而且避免了傳統(tǒng)基于圖像三維重建過程中利用圖像特征估算相機(jī)內(nèi)外參數(shù)的不穩(wěn)定性，而且能同時利用三相機(jī)收集多個不同角度下建模目標(biāo)的圖片，提取真實尺度，具有速度快、針對性強(qiáng)、成本低、精度高、拼接積累誤差小的特點(diǎn)。

如圖7所示，其中一個實施例的基于轉(zhuǎn)臺的三維建模的裝置，除包含前面實施例所述的初始矩陣獲取模塊100、轉(zhuǎn)動控制模塊200及三維建模模塊300外，還包括紋理處理模塊400，用于根據(jù)建模所得三維點(diǎn)云和轉(zhuǎn)動拍攝圖片之間的紋理圖像對應(yīng)關(guān)系，對物品的三維模型進(jìn)行處理，得到物品的真彩三維模型。自動進(jìn)行表面紋理色彩特征的映射。

在其中一個實施例中，在進(jìn)行三維建模時，在轉(zhuǎn)臺上設(shè)置至少一個隨轉(zhuǎn)臺一起轉(zhuǎn)動的標(biāo)定棋盤，用于建立初始投影矩陣，具體的，如圖8所示，初始矩陣獲取模塊100包括圖片拍攝控制子模塊110、位置關(guān)系確定子模塊120、轉(zhuǎn)動中心確定子模塊130及位置標(biāo)定子模塊140。其中，所述圖片拍攝控制子模塊110，用于控制相機(jī)從兩個以上方位分別獲取標(biāo)定棋盤的拍攝圖片；所述位置關(guān)系確定子模塊120，用于根據(jù)拍攝圖片確定相機(jī)與標(biāo)定棋盤之間的位置關(guān)系及相機(jī)之間的位置關(guān)系；所述轉(zhuǎn)動中心確定子模塊130，用于通過兩個以上拍攝圖片及標(biāo)定棋盤的三維世界坐標(biāo)系，確定轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動中心；所述位置標(biāo)定子模塊140，用于通過相機(jī)與標(biāo)定棋盤之間的位置關(guān)系、相機(jī)之間的位置關(guān)系及轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動中心確定相機(jī)相對所述轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動中心的初始投影矩陣。

這種相機(jī)與轉(zhuǎn)臺的位置關(guān)系標(biāo)定方法采用最低的硬件成本實現(xiàn)對相機(jī)—轉(zhuǎn)臺之間的精確標(biāo)定。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，實現(xiàn)上述實施例方法中的全部或部分流程可以通過計算機(jī)程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可存儲于一計算機(jī)可讀取存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，可包括如上述各方法的實施例的流程。其中，所述的存儲介質(zhì)可為磁碟、光盤、只讀存儲記憶體(Read-Only Memory，ROM)或隨機(jī)存儲記憶體(Random Access Memory，RAM)等。

以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。