一種基于旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的三維表面重構(gòu)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的三維表面重構(gòu)方法，包括：(1)對(duì)旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)進(jìn)行參數(shù)化表征，建立重構(gòu)物體與旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的幾何關(guān)系；(2)從旋轉(zhuǎn)采樣光場(chǎng)中提取每個(gè)視點(diǎn)圖像的特征點(diǎn)，追蹤匹配成功的特征點(diǎn)的坐標(biāo)軌跡，對(duì)坐標(biāo)軌跡進(jìn)行參數(shù)擬合得到正弦函數(shù)曲線；(3)由特征點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的幾何關(guān)系，得到特征點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)角度在旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)中的正弦函數(shù)，根據(jù)擬合得到的所述正弦函數(shù)曲線計(jì)算特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)，重構(gòu)三維圖像，并實(shí)現(xiàn)三維測(cè)量。通過采用本發(fā)明提供的基于旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)三維表面重構(gòu)方法，實(shí)現(xiàn)了全視角的三維表面重構(gòu)，可以為虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)提供全視角精確的三維結(jié)構(gòu)信息。
【專利說明】
一種基于旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的三維表面重構(gòu)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)視覺與數(shù)字圖像處理領(lǐng)域，尤其涉及一種基于旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的三維 表面重構(gòu)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光場(chǎng)的概念由A.Gershun在1936年提出，刻畫光線在空間中傳播時(shí)的各個(gè)位置各 個(gè)方向的福照度信息。1991年，Adel son對(duì)空間中的光線進(jìn)行了形式化描述，提出了全光函 數(shù)理論，給出七維參數(shù)化描述，詳細(xì)地描述了空間中任意一點(diǎn)在任意時(shí)刻的光照信息，并與 1992年設(shè)計(jì)出全光相機(jī)原型。1995年，McMi 1 lan將全光函數(shù)的維度由七維降到了五維，空間 中任意位置的光線可由五維坐標(biāo)L(x，y，χ, θ，φ )來描述。在此基礎(chǔ)上，Levoy等人在1996年 對(duì)全光函數(shù)進(jìn)一步簡(jiǎn)化，提出光場(chǎng)的雙平面參數(shù)化表示用以描述靜態(tài)和可見光譜的全光函 數(shù)，并給出光場(chǎng)植染公式。Gortler等人于同年也提出了 Lumigraph來描述四維光場(chǎng)的分布。
[0003] 自光場(chǎng)概念提出以來，其理論和數(shù)據(jù)采集方式得到不斷的豐富和發(fā)展，促進(jìn)了光 場(chǎng)應(yīng)用的發(fā)展?，F(xiàn)有的光場(chǎng)采集方式是建立在光場(chǎng)雙平面參數(shù)化表示的基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn) 窄視角的三維表面重構(gòu)。
[0004] 旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)是將待重構(gòu)物體置于旋轉(zhuǎn)中心，旋轉(zhuǎn)拍攝物體完成光場(chǎng)數(shù)據(jù)采集。由于 旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)是對(duì)場(chǎng)景光場(chǎng)的全視角采樣，因而能夠?qū)崿F(xiàn)全視角的三維表面重構(gòu)，可以為虛擬 現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)提供精確的三維結(jié)構(gòu)信息。亟待提供一種基于旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的三維表面重構(gòu)技 術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的三維表面重構(gòu)方法來滿足現(xiàn)有技術(shù) 中對(duì)全視角的三維表面重構(gòu)的需求。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的三維表面重構(gòu)方法，包括：
[0007] 對(duì)旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)進(jìn)行參數(shù)化表征以AU)，其中識(shí)為旋轉(zhuǎn)角度，X和y為探測(cè)器平面的 橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，唯一確定了旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)中的一條光線的光強(qiáng)度1_(供.:，建立物 點(diǎn)的三維坐標(biāo)系統(tǒng)( Sx，sy，sz)，將待重構(gòu)物體置于坐標(biāo)系統(tǒng)中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)拍攝，采集旋轉(zhuǎn)采 樣光場(chǎng)；
[0008] 從旋轉(zhuǎn)采樣光場(chǎng)中提取每個(gè)視點(diǎn)圖像的特征點(diǎn)，并對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行匹配，追蹤匹配 成功的特征點(diǎn)的坐標(biāo)軌跡，對(duì)所述坐標(biāo)軌跡進(jìn)行參數(shù)擬合得到正弦函數(shù)曲線；
[0009] 根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的參數(shù)化表征，建立特征點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的幾何關(guān)系，得到特征 點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)角度在旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)中的正弦函數(shù)，獲取該正弦函數(shù)的參數(shù)與特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)的對(duì) 應(yīng)關(guān)系；
[0010] 根據(jù)擬合得到的所述正弦函數(shù)曲線的參數(shù)和所述對(duì)應(yīng)關(guān)系得到特征點(diǎn)點(diǎn)的三維 坐標(biāo)，重構(gòu)三維圖像。
[0011] 優(yōu)選的，所述追蹤匹配成功的特征點(diǎn)的坐標(biāo)軌跡包括:建立特征點(diǎn)追蹤模型，追蹤 所述匹配成功的特征點(diǎn)的橫坐標(biāo)X與旋轉(zhuǎn)角度供的軌跡。
[0012] 優(yōu)選的，對(duì)所述坐標(biāo)軌跡進(jìn)行參數(shù)擬合得到正弦函數(shù)曲線包括：
[0013] 對(duì)所述坐標(biāo)軌跡進(jìn)行參數(shù)擬合得到橫坐標(biāo)X關(guān)于旋轉(zhuǎn)角度爐的正弦函數(shù)曲線。
[0014] 優(yōu)選的，利用下式進(jìn)行參數(shù)擬合，獲取正弦函數(shù)的振幅A和相位Θ的值，
[0015]
其中釣表示相機(jī)的第i個(gè)旋轉(zhuǎn)角度。
[0016]優(yōu)選的，所述建立特征點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的幾何關(guān)系，得到特征點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)角度在旋轉(zhuǎn) 光場(chǎng)中的正弦函數(shù)包括：
[0017]建立像點(diǎn)和特征點(diǎn)之間的幾何關(guān)系，得到像點(diǎn)的橫坐標(biāo)的正弦函數(shù)形式 ，其中A和θ與特征點(diǎn)的坐標(biāo)sz具有對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0018]優(yōu)選的，所述得到像點(diǎn)的橫坐標(biāo)的正弦函數(shù)形式dsin^+0的過程包括：
[0019] 設(shè)任意特征點(diǎn)Μ的像點(diǎn)為W，則W可以表示為如下形式：
[0020] W =ΡΜ
[0021 ]其中，M= (Sx，Sy，Sz，1 7和，=(X，y，1 )τ為齊次坐標(biāo)的形式，Ρ為透視投影變換矩 陣，
[0022] P=K[R t]
[0023] 其中，t是描述相機(jī)位置的三維平移向量，R是描述相機(jī)方向的旋轉(zhuǎn)矩陣，在旋轉(zhuǎn)光 場(chǎng)中？ = [-rsin^>, 0，r-rcospj'R 和K 的形式為：
[0024]
[0025] 計(jì)算得到像點(diǎn)，的橫坐標(biāo)表達(dá)式：
[0026] .V =-- (S / ~ if) sin + /" cos φ ,
[0027] 根據(jù)正余弦函數(shù)的和差化積公式得到正弦函數(shù)：
[0028] X - Λ sin q
[0029] 優(yōu)選的，該方法還包括:測(cè)量特征點(diǎn)之間的距離。
[0030] 優(yōu)選的，所述測(cè)量特征點(diǎn)之間的距離包括：
[0031] 基于三維重構(gòu)結(jié)果，在預(yù)設(shè)尺度坐標(biāo)空間中對(duì)任意特征點(diǎn)間距離進(jìn)行測(cè)量，將預(yù) 設(shè)坐標(biāo)架作為尺度參照，根據(jù)縮放關(guān)系實(shí)現(xiàn)特征點(diǎn)間真實(shí)距離的幾何測(cè)量。
[0032] 優(yōu)選的，所述測(cè)量特征點(diǎn)之間的距離包括：
[0033]讀取選定的兩特征點(diǎn)8，13的坐標(biāo)值(13,73,2 3)和(11)，71)，21))，根據(jù)距離公式計(jì)算兩 特征點(diǎn)a，b之間的相對(duì)距離
[0034] 獲取預(yù)設(shè)坐標(biāo)架下的兩參照點(diǎn)間的坐標(biāo)距離Do,計(jì)算出重構(gòu)結(jié)果中兩參照點(diǎn)間的 距離do,根據(jù)相似比例關(guān)系計(jì)算得到兩特征點(diǎn)a，b之間的距離Dab = Dodab/d0。
[0035]優(yōu)選的，從旋轉(zhuǎn)拍攝的多張圖片中提取每個(gè)視點(diǎn)圖像的特征點(diǎn)，并對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行 匹配包括:使用SIFT、0RB或SURF進(jìn)行特征點(diǎn)的提取與匹配。
[0036] 通過采用本發(fā)明提供的基于旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)三維表面重構(gòu)方法，實(shí)現(xiàn)了全視角的三維表 面重構(gòu)，可以為虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)提供全視角精確的三維結(jié)構(gòu)信息。
【附圖說明】
[0037] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的三維表面重構(gòu)方法的流程示意圖。
[0038] 圖2示出對(duì)旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)進(jìn)行參數(shù)化表征的示意圖。
[0039] 圖3示出像點(diǎn)，的橫坐標(biāo)X隨旋轉(zhuǎn)角度供發(fā)生變化的正弦函數(shù)形式。
[0040 ]圖4示出特征點(diǎn)追蹤模型的示意圖。
[0041 ]圖5示出對(duì)特征點(diǎn)的坐標(biāo)軌跡的擬合示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 在附圖中，使用相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能 的元件。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0043] 在本發(fā)明的描述中，術(shù)語(yǔ)"中心"、"縱向"、"橫向"、"前"、"后"、"左"、"右"、"豎直"、 "水平"、"頂"、"底""內(nèi)"、"外"等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān) 系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有 特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0044]需要說明，本發(fā)明下述實(shí)施例提供的方法是以水平方向全視角采樣的場(chǎng)景為例進(jìn) 行的介紹，容易理解，本發(fā)明實(shí)施例提供的方法同樣可以應(yīng)用于其他方向全視角采樣的場(chǎng) 景。
[0045] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的三維表面重構(gòu)方法，如圖1所示，包括：
[0046] 步驟101，對(duì)旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)進(jìn)行參數(shù)化表征1(約X，兄)，其中⑦為旋轉(zhuǎn)角度，X和y為探測(cè)器 平面的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，1 (_v)唯一確定了旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)中的一條光線的光強(qiáng)度I (9, U)。 建立物點(diǎn)的三維坐標(biāo)系統(tǒng)(Sx，Sy，Sz)，將待重構(gòu)物體置于坐標(biāo)系統(tǒng)中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)拍攝，采集 旋轉(zhuǎn)米樣光場(chǎng)。
[0047] 步驟102,從旋轉(zhuǎn)采樣光場(chǎng)中提取每個(gè)視點(diǎn)圖像的特征點(diǎn)，并對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行匹配， 追蹤匹配成功的特征點(diǎn)的坐標(biāo)軌跡，對(duì)所述坐標(biāo)軌跡進(jìn)行參數(shù)擬合得到正弦函數(shù)曲線。 [0048]步驟103,根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的參數(shù)化表征，建立特征點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的幾何關(guān)系， 得到特征點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)角度在旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)中的正弦函數(shù)，獲取該正弦函數(shù)的參數(shù)與特征點(diǎn)的三維 坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0049] 步驟104,根據(jù)擬合得到的所述正弦函數(shù)曲線的參數(shù)和所述對(duì)應(yīng)關(guān)系得到特征點(diǎn) 的三維坐標(biāo)，重構(gòu)三維圖像。
[0050] 需要說明，上述步驟之間的前后關(guān)系并不是必須的，例如步驟102和103之間的前 后順序可以互換，上述步驟只是出于解釋本發(fā)明方案的目的而給出的示例順序。
[0051] 下面就本發(fā)明實(shí)施例提供的基于旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的三維表面重構(gòu)方法進(jìn)行詳細(xì)闡述。 [0052]圖2示出對(duì)旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)進(jìn)行參數(shù)化表征的示意圖。其中，0為旋轉(zhuǎn)中心，建立三維坐標(biāo) 系統(tǒng)（S x，Sy，Sz)，M為物體空間特征點(diǎn)，P為相機(jī)位置，對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)角度供，r為旋轉(zhuǎn)半徑，f為相 機(jī)到探測(cè)器平面的距離，xoy表示探測(cè)器平面，Μ'為Μ在探測(cè)器平面上的像點(diǎn)?！?仍.v，. v)可唯 一確定旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)中的一條光線的光強(qiáng)度，可以唯一確定像點(diǎn)坐標(biāo)，旋轉(zhuǎn)采樣光場(chǎng)被參數(shù)化 表示為。
[0053] 基于旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的參數(shù)化表征，在P角度下的成像過程為：
[0054]
[0055] 其中，表示P角度下采集的圖像，&為點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，針孔相機(jī)的％為單位 脈沖函數(shù)。
[0056] 對(duì)旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)進(jìn)行參數(shù)化表征后，可以建立特征點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的幾何關(guān)系，得到特 征點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)角度在旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)中的正弦函數(shù)，獲取該正弦函數(shù)的參數(shù)(例如振幅和相位)與特 征點(diǎn)的三維坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0057] 本發(fā)明實(shí)施例中，設(shè)相機(jī)對(duì)空間中的特征點(diǎn)Μ的透視投影變換可以表示為一個(gè)矩 陣Ρ，則圖像中的像點(diǎn)，可以表示為如下形式：
[0058] W =ΡΜ
[0059] 其中，M = (Sx，Sy，Sz，17和，=(X，y，1 )τ表示為齊次坐標(biāo)的形式，Ρ為透視投影變換 矩陣。Ρ可以分解為如下形式：
[0060] P=K[R t]
[0061] 其中，t是描述相機(jī)位置的三維平移向量，R是描述相機(jī)方向的旋轉(zhuǎn)矩陣，在旋轉(zhuǎn)光 場(chǎng)中
R和K的形式為：
[0062]
[0063]由此可以得到點(diǎn)，的橫坐標(biāo)為 [0064]
[0065] 通過和差化積公式得到正弦函數(shù)為
[0066]
[0067]根據(jù)上式可知，追蹤物體表面特征點(diǎn)得到特征點(diǎn)在旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)中的正弦函數(shù)軌跡。 圖3示出像點(diǎn)，的橫坐標(biāo)X隨旋轉(zhuǎn)角度巧發(fā)生變化的正弦函數(shù)形式。容易知曉，如果得到A和 Θ的值，則可以導(dǎo)出Sz的值。在圖2所示的參數(shù)化表征系統(tǒng)中，r為旋轉(zhuǎn)半徑，f為相機(jī)到探測(cè) 器平面的距離，都可以預(yù)先知曉。當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度妒已知時(shí)，對(duì)應(yīng)像點(diǎn)，的特征點(diǎn)的坐標(biāo)S z也可 以知曉，當(dāng)特征點(diǎn)的坐標(biāo)Sz也是已知時(shí)，可以通過幾何關(guān)系計(jì)算得到特征點(diǎn)的坐標(biāo)S x和坐標(biāo) Sy的值。
[0068]在進(jìn)行三維重建時(shí)，需要從旋轉(zhuǎn)采樣光場(chǎng)(例如有可能是旋轉(zhuǎn)拍攝的多張圖片）中 提取每個(gè)視點(diǎn)圖像的特征點(diǎn)，并對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行匹配。本發(fā)明實(shí)施例中，可以使用SIFT(尺度 不變特征轉(zhuǎn)換，Scale-invariant feature transform)、0RB(0Riented Brief)、SURF作為 特征點(diǎn)描述子。在具體實(shí)施中，考慮到SIFT對(duì)圖像的視角變化、噪聲保持較強(qiáng)的穩(wěn)健性，并 可以處理圖像間的平移、旋轉(zhuǎn)、仿射變換情況下的匹配問題，本發(fā)明采用SIFT執(zhí)行旋轉(zhuǎn)采樣 光場(chǎng)數(shù)據(jù)的圖像匹配，得到匹配成功的圖像的特征點(diǎn)。
[0069] 追蹤匹配成功的特征點(diǎn)的坐標(biāo)軌跡，對(duì)所述坐標(biāo)軌跡進(jìn)行參數(shù)擬合得到正弦函數(shù) 曲線，包括:建立特征點(diǎn)追蹤模型，追蹤所述匹配成功的特征點(diǎn)的橫坐標(biāo)X與旋轉(zhuǎn)角度P的軌 跡。本發(fā)明實(shí)施例中，對(duì)所述坐標(biāo)軌跡進(jìn)行參數(shù)擬合得到橫坐標(biāo)X關(guān)于旋轉(zhuǎn)角度爐的正弦函 數(shù)曲線。
[0070] 圖4示出特征點(diǎn)追蹤模型的示意圖，追蹤匹配成功的特征點(diǎn)的坐標(biāo)軌跡。在旋轉(zhuǎn)拍 攝的過程中，同一特征點(diǎn)的像點(diǎn)的橫坐標(biāo)X隨旋轉(zhuǎn)角度爐發(fā)生變化。圖5示出對(duì)特征點(diǎn)的坐標(biāo) 軌跡的擬合示意圖。如圖5所示，特征點(diǎn)的橫坐標(biāo)X隨旋轉(zhuǎn)角度爐發(fā)生變化，通過擬合得到正 弦曲線。
[0071] 優(yōu)選的，利用下式進(jìn)行參數(shù)擬合，獲取正弦函數(shù)的振幅A和相位Θ的值，
[0072],其中鈐表示相機(jī)的第i個(gè)旋轉(zhuǎn)角度。 仁1
[0073] 獲得A和相位Θ的值后，結(jié)合公￥
叮 以得到特征點(diǎn)的坐標(biāo)Sz，進(jìn)而通過幾何關(guān)系計(jì)算得到特征點(diǎn)的坐標(biāo)SX和坐標(biāo)Sy的值。
[0074]根據(jù)三維重構(gòu)結(jié)果，由特征點(diǎn)位置坐標(biāo)生成三維點(diǎn)云圖、三維渲染圖等。此外，基 于三維重構(gòu)結(jié)果，還可以在預(yù)設(shè)尺度坐標(biāo)空間中對(duì)任意特征點(diǎn)間的距離進(jìn)行測(cè)量。將預(yù)設(shè) 坐標(biāo)架作為尺度參照，根據(jù)縮放關(guān)系實(shí)現(xiàn)特征點(diǎn)間真實(shí)距離的幾何測(cè)量。該測(cè)量過程包括： [0075] 51，讀取選定的兩特征點(diǎn)&，13的坐標(biāo)值(13,73,23)和^，71 )，21))，根據(jù)距離公式計(jì)算 兩特征點(diǎn)a，b之間的相對(duì)距離
[0076] S2,獲取預(yù)設(shè)坐標(biāo)架下的兩參照點(diǎn)間的坐標(biāo)距離Do,計(jì)算出重構(gòu)結(jié)果中兩參照點(diǎn) 間的距離do,根據(jù)相似比例關(guān)系計(jì)算得到兩特征點(diǎn)a，b之間的距離Dab = Dodab/d0。
[0077] 通過采用本發(fā)明提供的基于旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)三維表面重構(gòu)方法，實(shí)現(xiàn)了全視角的三維表 面重構(gòu)，可以為虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)提供全視角精確的三維結(jié)構(gòu)信息。
[0078] 最后需要指出的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制。本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì) 其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換;這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本 發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的Ξ維表面重構(gòu)方法，其特征在于，包括： 對(duì)旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)進(jìn)行參數(shù)化表征如，Λ-，>0,其中口為旋轉(zhuǎn)角度，X和y為探測(cè)器平面的橫坐標(biāo) 和縱坐標(biāo)，i：(0，x，j)唯一確定了旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)中的一條光線的光強(qiáng)度/<似如0,建立物點(diǎn)的S 維坐標(biāo)系統(tǒng)（Sx，Sy，Sz)，將待重構(gòu)物體置于坐標(biāo)系統(tǒng)中屯、進(jìn)行旋轉(zhuǎn)拍攝，采集旋轉(zhuǎn)采樣光 場(chǎng)； 從旋轉(zhuǎn)采樣光場(chǎng)中提取每個(gè)視點(diǎn)圖像的特征點(diǎn)，并對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行匹配，追蹤匹配成功 的特征點(diǎn)的坐標(biāo)軌跡，對(duì)所述坐標(biāo)軌跡進(jìn)行參數(shù)擬合得到正弦函數(shù)曲線； 根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的參數(shù)化表征，建立特征點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的幾何關(guān)系，得到特征點(diǎn)與 旋轉(zhuǎn)角度在旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)中的正弦函數(shù)，獲取該正弦函數(shù)的參數(shù)與特征點(diǎn)的Ξ維坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān) 系； 根據(jù)擬合得到的所述正弦函數(shù)曲線的參數(shù)和所述對(duì)應(yīng)關(guān)系得到特征點(diǎn)的Ξ維坐標(biāo)，重 構(gòu)Ξ維圖像。2. 如權(quán)利要求1所述的基于旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的Ξ維表面重構(gòu)方法，其特征在于，所述追蹤匹配 成功的特征點(diǎn)的坐標(biāo)軌跡包括:建立特征點(diǎn)追蹤模型，追蹤所述匹配成功的特征點(diǎn)的橫坐 標(biāo)X與旋轉(zhuǎn)角度夢(mèng)的軌跡。3. 如權(quán)利要求2所述的基于旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的Ξ維表面重構(gòu)方法，其特征在于，對(duì)所述坐標(biāo)軌 跡進(jìn)行參數(shù)擬合得到正弦函數(shù)曲線包括： 對(duì)所述坐標(biāo)軌跡進(jìn)行參數(shù)擬合得到橫坐標(biāo)X關(guān)于旋轉(zhuǎn)角度巧的正弦函數(shù)曲線。4. 如權(quán)利要求3所述的基于旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的Ξ維表面重構(gòu)方法，其特征在于，利用下式進(jìn)行 參數(shù)擬合，獲取正弦函數(shù)的振幅A和相位Θ的值，庚中巧表示相機(jī)的第i個(gè)旋轉(zhuǎn)角度。5. 如權(quán)利要求1所述的基于旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的Ξ維表面重構(gòu)方法，其特征在于，所述建立特征 點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的幾何關(guān)系，得到特征點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)角度在旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)中的正弦函數(shù)包括： 建立特征點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的幾何關(guān)系，得到特征點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)角度在旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)中的正弦函 數(shù)形式x=isi:n沁+句，其中A和Θ與特征點(diǎn)的坐標(biāo)Sz具有對(duì)應(yīng)關(guān)系。6. 如權(quán)利要求5所述的基于旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的Ξ維表面重構(gòu)方法，其特征在于，所述得到像點(diǎn) 的橫坐標(biāo)的正弦函數(shù)形式尤=/isin(戶+巧的過程包括： 設(shè)任意特征點(diǎn)Μ的像點(diǎn)為，則可W表示為如下形式： Μ' =ΡΜ 其中，M=(Sx，Sy，Sz，l)τ和M/=(x，y，l)τ為齊次坐標(biāo)的形式，P為透視投影變換矩陣， P = K[R t] 其中，t是描述相機(jī)位置的Ξ維平移向量，R是描述相機(jī)方向的旋轉(zhuǎn)矩陣，在旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)中 ? 二[-巧ill口，0, r-rc.o.sfJ]r，R和K的形式為：計(jì)算得到像點(diǎn)Μ/的橫坐標(biāo)表達(dá)式：根據(jù)正余弦函數(shù)的和差化積公式得到正弦函數(shù)：7. 如權(quán)利要求1所述的基于旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的Ξ維表面重構(gòu)方法，其特征在于，所述生成Ξ維 圖像包括生成Ξ維點(diǎn)云圖、Ξ維擅染圖，該方法還包括:測(cè)量特征點(diǎn)之間的距離。8. 如權(quán)利要求7所述的基于旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的Ξ維表面重構(gòu)方法，其特征在于，所述測(cè)量特征 點(diǎn)之間的距離包括： 基于Ξ維重構(gòu)結(jié)果，在預(yù)設(shè)尺度坐標(biāo)空間中對(duì)任意特征點(diǎn)間距離進(jìn)行測(cè)量，將預(yù)設(shè)坐 標(biāo)架作為尺度參照，根據(jù)縮放關(guān)系實(shí)現(xiàn)特征點(diǎn)間真實(shí)距離的幾何測(cè)量。9. 如權(quán)利要求8所述的基于旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的Ξ維表面重構(gòu)方法，其特征在于，所述測(cè)量特征 點(diǎn)之間的距離包括： 讀取選定的兩特征點(diǎn)a,b的坐標(biāo)值(Xa，ya，Za)和(Xb，yb，Zb)，根據(jù)距離公式計(jì)算兩特征 點(diǎn)a, b之間的相對(duì)距長(zhǎng)獲取預(yù)設(shè)坐標(biāo)架下的兩參照點(diǎn)間的坐標(biāo)距離Do,計(jì)算出重構(gòu)結(jié)果中兩參照點(diǎn)間的距離 do，根據(jù)相似比例關(guān)系計(jì)算得到兩特征點(diǎn)a，b之間的距離Dab = Dodab/do。10. 如權(quán)利要求1所述的基于旋轉(zhuǎn)光場(chǎng)的Ξ維表面重構(gòu)方法，其特征在于，從旋轉(zhuǎn)拍攝 的多張圖片中提取每個(gè)視點(diǎn)圖像的特征點(diǎn)，并對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行匹配包括：使用SIFT、0RB或 SURF進(jìn)行特征點(diǎn)的提取與匹配。
【文檔編號(hào)】G06T17/30GK105976431SQ201610345960
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月23日
【發(fā)明人】劉暢, 邱鈞, 苑瑞寧
【申請(qǐng)人】北京信息科技大學(xué)