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一種三維全臉照相機(jī)中高保真全臉紋理融合方法

文檔序號:9788116閱讀:601來源:國知局
一種三維全臉照相機(jī)中高保真全臉紋理融合方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及三維測量領(lǐng)域,特別多個3D相機(jī)在不同視角拍攝的紋理進(jìn)行高保真紋 理融合的三維全臉照相機(jī)中高保真全臉紋理融合方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 真實感三維模型不僅能夠精確地表達(dá)目標(biāo)物體的幾何形狀和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),而且還能 同時表達(dá)物體本身的真實表象,在文化遺產(chǎn)保護(hù)、建筑、影視藝術(shù)以及逆向工程等領(lǐng)域具有 重要的研究意義和應(yīng)用價值。
[0003] 僅僅通過幾何形狀(缺少表面顏色、材質(zhì)等屬性)并不能反映物體的真實表象,為 了得到真實感的三維模型,還需進(jìn)行紋理圖像的獲取與融合。在深度圖像采集系統(tǒng)中加入 紋理采集相機(jī),把紋理相機(jī)作為系統(tǒng)的組件,在采集前對紋理相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定,從而獲得深度 圖像與紋理圖像的精確對應(yīng)關(guān)系。此外,由于光照變化、物體的非完全漫反射、幾何重建的 誤差,以及匹配的精度限制等因素,在物體表面會有明顯的"痕跡"出現(xiàn),為此,必須進(jìn)行紋 理融合,以消除非自然的痕跡,得到真實感三維模型。
[0004] 目前已發(fā)展了多種紋理融合的方法,Rocchini等("Multiple texture stitching and blending on 3D object[C],>Proceedings of Eurographics Readering Workshop) 用綁定紋理圖和幾何模型的方法進(jìn)行紋理融合,投影三維點到目標(biāo)紋理圖以確定有效紋理 圖,并選取最佳紋理(與幾何投影傾斜小)作為目標(biāo)三維點的紋理;然后通過區(qū)域生長,迭代 尋找鄰近的三維點,使目標(biāo)紋理盡可能來自同一區(qū)域,以保證區(qū)域紋理的連續(xù)性;再對區(qū)域 邊界進(jìn)行平滑處理(線性插值),實現(xiàn)目標(biāo)的平滑。該方法確保了區(qū)域內(nèi)部紋理的一致連續(xù) 性,但簡單地對區(qū)域間的邊界進(jìn)行線性處理,不能很好地實現(xiàn)紋理色彩差異大或重疊區(qū)域 面積小的平滑過渡。
[0005] Beauchesne等("Automatic relighting of overlapping textures of 3D m〇del[C]")利用外推法進(jìn)行紋理融合,對全局進(jìn)行重新著色,生成結(jié)果比簡單均值融合結(jié) 果更真實,但是其無法保證紋理色彩是全局最優(yōu)。
[0006] Lempitsky V等("Seamless mosaicing of image based texture maps[C]'')則 用鑲嵌方法進(jìn)行紋理融合,利用圖像分割的方法把物體表面分為不同的區(qū)域,然后再通過 消除邊緣的紋理接縫,實現(xiàn)模型表面色彩的平滑。具有復(fù)雜拓?fù)淇臻g幾何形體的紋理融合 一般很難得到其參數(shù)化,并且受深度圖像匹配精度以及重建幾何模型誤差等外在因素的限 制,通常在紋理模型表面仍有少量的細(xì)縫存在。
[0007] 綜上所述,現(xiàn)有的紋理融合方法無法重構(gòu)出具有高保真的真實感的三維模型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足,提供一種三維全臉照相機(jī) 中高保真全臉紋理融合方法,旨在對高分辨率紋理相機(jī)不同視角拍攝的紋理圖像進(jìn)行幾乎 無痕跡的融合,重構(gòu)出具有高保真的真實感的三維模型。
[0009]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0010] 一種三維全臉照相機(jī)中高保真全臉紋理融合方法,包括如下步驟:
[0011] 一、對多個三維紋理攝像機(jī)外參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定,根據(jù)標(biāo)定參數(shù)將三維模型表面上的 一個三角面片投影到不同視角拍攝的紋理圖像上;外參數(shù)包括一個3*3的旋轉(zhuǎn)矩陣和一個 1*3平移向量,平移向量中的三個向量成員分別表征空間中X方向、y方向、z方向的平移;標(biāo) 定參數(shù)除外參數(shù)外,還包括攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù),內(nèi)參數(shù)包括水平焦距、垂直焦距、相機(jī)相面中 心(主點)、徑向畸變、切向畸變等。
[0012] 二、將紋理圖像上投影到的三角面片剪切出,計算每個紋理圖像上的所述三角面 片的融合權(quán)重;
[0013] 三、把所有所述三角面片經(jīng)仿射變換成和最大融合權(quán)重對應(yīng)的三角面片相同的形 狀;
[0014] 四、進(jìn)行紋理三角形融合;
[0015] 五、將融合后的紋理三角形貼到對應(yīng)的三維模型三角面片上。
[0016] 該方法具體為:
[0017] 步驟一:利用平面標(biāo)定法對多個三維紋理攝像機(jī)外參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定;
[0018] 步驟二:使用步驟一得到的標(biāo)定參數(shù)將三維模型上的每個三角面片Tridill,2, 3, .. .N)(N為三維模型上三角面片的個數(shù))投影到多個三維紋理攝像機(jī)拍攝的紋理圖 image」(j = 1,2,3,. . .,M) (M為紋理相機(jī)的個數(shù),當(dāng)投影有遮擋時則不投影)上,得到紋理三 角面片 ΤθΧΤΗυ(? = 1,2,···,Ν;]· = 1,2,···,Μ)。
[0019] 步驟三:計算每個紋理三角面片ΤΘΧΤΗυ(? = 1,2,. . .,N; j = l,2,. . .,Μ)的融合權(quán) 重 Wij(i = l,2,...,N;j = l,2,...,M)
[0022]其中γ ^為三角面片Tri^的質(zhì)心到紋理相機(jī)cam」的光心坐標(biāo)組成的向量與三角面 片Triij的法線的夾角。
[0023] 步驟四:在Wij(j = l,2, . . .,M)中找出融合權(quán)重最大值Wik(ke[l,M])對應(yīng)的紋理 三角面片TexTriik,令TexTriik為TexTrii,將其它紋理三角面片TexTriij(j = l,2, · · ·,M)通 過仿射變換成與TexTrii相同形狀的三角面片/>(/>/,, (/ =丨,2,.,.,,在紋理三角面片 TexTrii內(nèi)任意坐標(biāo)(x,y)上取一個像素Uk,因為7W/V,y丨/= 的形狀與TexTrii的 形狀相同,在TVx/W,, = 內(nèi)相同像素坐標(biāo)(x,y)位置上取一個像素i/,Uk可以通過 下面公式重新計算賦值,
[0025]同理,TexTrik內(nèi)其它像素都可以按照以上方法重新計算融合后的值,記錄紋理三 角面片TexTrii與三維模型三角面片Trii的一一對應(yīng)關(guān)系。
[0026] 步驟五:采用步驟一至四找出三維模型上所有三角面片Trii(i = l,2,3, . . .N)對 應(yīng)的紋理三角面片TexTrii。在三維模型顯示時,將紋理三角面片TexTrii--剪切貼到對應(yīng) 的三維模型三角面片Trii上。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果:
[0028]本發(fā)明主要用于三維照相高保真紋理生成的應(yīng)用場合,利用本發(fā)明提出的利用三 維空間信息獲取復(fù)合權(quán)重的方法及多個紋理三角面片融合的方法,可以實時的得到高保真 的紋理圖像。且本發(fā)明有以下優(yōu)點:
[0029] (1)計算速度快。計算步驟主要包括三角面片法線計算、圖像仿射變換與圖像加權(quán) 復(fù)合,這三種計算時間復(fù)雜度均較小,假如有m個三角面片,η個需要計算的像素,三角面片 法線計算時間復(fù)雜度小于等于l〇*m,圖像仿射變換計算時間復(fù)雜度小于等于6*η,圖像加權(quán) 復(fù)合計算時間復(fù)雜度小于等于3*η。電腦使用酷睿i5CPU(不使用GPU計算,僅用CPU計算),融 合前紋理圖像為3張2000萬像素圖像,紋理融合計算時間小于等于200毫秒。
[0030] (2)可以對高分辨率紋理相機(jī)不同視角拍攝的紋理圖像進(jìn)行融合,融合后三維模 型即使放大10倍的情況下人眼仍然看不到融合痕跡,三維模型即使在放大10倍時也具有清 晰細(xì)膩的紋理細(xì)節(jié)。
【附圖說明】:
[0031]圖1是本發(fā)明實施例中的流程不意圖。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明 上述主題的范圍僅限于以下的實施例,凡基于本
【發(fā)明內(nèi)容】
所實現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范 圍。
[0033]本發(fā)明提出一種實現(xiàn)真實感三維模型的紋理融合方法,將紋理相機(jī)作為系統(tǒng)組 件,獲取物體不同拍攝視角的紋理圖像,再結(jié)
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