一種三維全景掃描裝置及三維模型生成方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種三維全景掃描裝置，包括360度圓形移動軌道、弧形移動軌道和圖像捕獲裝置；基于本發(fā)明設計技術方案進行配置，弧形移動軌道在360度圓形移動軌道上移動一周的軌跡面與360度圓形移動軌道所在面構成封閉區(qū)域，設計結構簡單，成本低廉，能夠方便快捷地全面實現(xiàn)多角度二維圖像獲??；圖像捕獲裝置活動設置在弧形移動軌道上，并在弧形移動軌道上移動。與此相應，本發(fā)明還涉及基于三維全景掃描裝置的三維模型生成方法，采用相對清晰簡明的步驟方法，即可快速實現(xiàn)被掃描物體稀疏型三維模型的獲取，且步驟方法簡明易于控制。
【專利說明】一種三維全景掃描裝置及三維模型生成方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三維全景掃描裝置及三維模型生成方法。
【背景技術】
[0002]當前的三維重構掃描技術包括激光和結構光等，如基于結構光的三維掃描儀的優(yōu)點是速度快、精度高，與激光三維掃描儀相比，結構光單次測量范圍大，景深大。但此類設備一般需要有兩個相機和一個投影儀組合而成，結構復雜、成本比較高，結構的復雜也使得此類掃描儀的設置相對比較復雜，比如調(diào)整掃描視野和分辨率不是很靈活等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述技術問題，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種設計結構簡單，且結構固定，能夠全面實現(xiàn)多角度二維圖像獲取的三維全景掃描裝置。
[0004]與此相應，針對上述技術問題，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種基于本發(fā)明設計的三維全景掃描裝置獲取的多角度二維圖像，能夠方便快捷地獲取三維模型的三維模型生成方法。
[0005]本發(fā)明為了解決上述技術問題采用以下技術方案:本發(fā)明設計了一種三維全景掃描裝置，包括雙軌道和圖像捕獲裝置；其中，雙軌道包括360度圓形移動軌道和弧形移動軌道，弧形移動軌道的一端活動設置在360度圓形移動軌道上，弧形移動軌道的另一端在與360度圓形移動軌道所在面相垂直方向上的投影位于360度圓形移動軌道內(nèi)，且弧形移動軌道在360度圓形移動軌道上移動一周的軌跡面與360度圓形移動軌道所在面構成封閉區(qū)域；圖像捕獲裝置活動設置在弧形移動軌道上，并在弧形移動軌道上移動。
[0006]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案:所述弧形移動軌道為90度弧的移動軌道，弧形移動軌道所在面與所述360度圓形移動軌道所在面相垂直。
[0007]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案:還包括第一電機和第二電機，其中，所述弧形移動軌道的一端通過第一電機活動設置在所述360度圓形移動軌道上，弧形移動軌道通過第一電機在360度圓形移動軌道上移動；所述圖像捕獲裝置通過第二電機活動設置在弧形移動軌道上，圖像捕獲裝置通過第二電機在弧形移動軌道上移動。
[0008]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案:所述第一電機和所述第二電機均為步進電機或伺服電機。
[0009]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案:還包括分別設置在所述第一電機上、第二電機上的第一位置傳感器、第二位置傳感器。
[0010]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案:所述圖像捕獲裝置為具有變焦鏡頭的相機。
[0011 ] 本發(fā)明所述一種三維全景掃描裝置采用以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下技術效果:
(I)本發(fā)明設計的三維全景掃描裝置，設計結構簡單，成本低廉，相對于現(xiàn)有基于結構光的三維掃描儀相比，本發(fā)明設計是一種具有固定結構的專用三維掃描裝置，能夠方便快捷地全面實現(xiàn)多角度二維圖像獲取，且整個裝置操作簡單，便于維護；
(2)本發(fā)明設計的三維全景掃描裝置中，針對弧形移動軌道設計為90度弧的移動軌道，并且設計弧形移動軌道所在面與所述360度圓形移動軌道所在面相垂直，使得弧形移動軌道在360度圓形移動軌道上移動一周的軌跡面與360度圓形移動軌道所在面構成的封閉區(qū)域為半球區(qū)域，使得所述圖像捕獲裝置的圖像捕獲區(qū)域更加規(guī)整，便于后期數(shù)據(jù)計算；
(3)本發(fā)明設計的三維全景掃描裝置中，設計第一電機、第二電機分別用于弧形移動軌道的移動和圖像捕獲裝置的移動，方便快捷，且移動速度快速，并且設計的第一位置傳感器、第二位置傳感器使得圖像捕獲裝置的位置精確可控，大大提高本發(fā)明設計三維全景掃描裝置的工作效率；
(4)本發(fā)明設計的三維全景掃描裝置中，設計所述圖像捕獲裝置為具有變焦鏡頭的相機，可以根據(jù)被掃描物體的大小，預先自由調(diào)節(jié)設置相機的焦段和焦距，自由實現(xiàn)高低分辨率的三維全景掃描。
[0012]與此相應，本發(fā)明為了解決上述技術問題采用以下技術方案:本發(fā)明設計了一種基于本發(fā)明設計三維全景掃描裝置的三維模型生成方法，包括如下步驟:
步驟001.將被測物理設置在所述弧形移動軌道在360度圓形移動軌道上移動一周的軌跡面與360度圓形移動軌道所在面構成封閉區(qū)域內(nèi)，通過所述弧形移動軌道在所述360度圓形移動軌道上的移動，以及所述圖像捕獲裝置在所述弧形移動軌道上的移動，由圖像捕獲裝置獲取被掃描物體各個角度的二維圖像，且相鄰二維圖像之間具有重疊區(qū)域；
步驟002.針對被掃描物體各角度的二維圖像，分別對相鄰二維圖像的重疊區(qū)域進行特征點匹配；
步驟003.根據(jù)圖像捕獲裝置獲取被掃描物體各個角度二維圖像時的位置，通過從運動恢復結構技術獲得步驟002中相鄰二維圖像重疊區(qū)域內(nèi)各個特征點的三維坐標；
步驟004.根據(jù)相鄰二維圖像重疊區(qū)域內(nèi)各個特征點的三維坐標，獲得被掃描物體稀疏型三維模型。
[0013]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案:述步驟002中還包括如下步驟:
針對所述相鄰二維圖像重疊區(qū)域特征點匹配過程中的誤匹配特征點，通過對極幾何約束方法進行清除。
[0014]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案:所述步驟004之后，還包括步驟005如下:
步驟005.針對所述被掃描物體稀疏型三維模型，利用基于多視角的立體映射技術獲
得被掃描物體密集型三維模型。
[0015]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案:所述步驟005之后，還包括步驟006如下:
步驟006.將所述各幅二維圖像對應映射到所述被掃描物體密集型三維模型上，獲得
表面具有紋理圖像的被掃描物體三維模型。
[0016]本發(fā)明所述一種基于本發(fā)明設計三維全景掃描裝置的三維模型生成方法采用以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下技術效果:
(I)本發(fā)明設計基于本發(fā)明設計三維全景掃描裝置的三維模型生成方法，基于方便快捷獲取被掃描物體各個角度的二維圖像基礎上，采用相對清晰簡明的步驟方法，即可快速實現(xiàn)被掃描物體稀疏型三維模型的獲取，且步驟方法簡明易于控制； (2)本發(fā)明設計基于本發(fā)明設計三維全景掃描裝置的三維模型生成方法中，針對所述相鄰二維圖像重疊區(qū)域特征點匹配過程中的誤匹配特征點，設計了行之有效的清除方法，能夠有效保證最終結果的準確性；
(3)本發(fā)明設計基于本發(fā)明設計三維全景掃描裝置的三維模型生成方法中，針對所述被掃描物體稀疏型三維模型，設計步驟能夠方便快捷獲得被掃描物體密集型三維模型，并且采用映射方法步驟，能夠方便快捷地獲得表面具有紋理圖像的被掃描物體三維模型，方法步驟效果明顯，且易于掌控。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明設計三維全景掃描裝置的模塊示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合說明書附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細的說明。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明設計一種三維全景掃描裝置，包括雙軌道和圖像捕獲裝置；其中，雙軌道包括360度圓形移動軌道和弧形移動軌道，弧形移動軌道的一端活動設置在360度圓形移動軌道上，弧形移動軌道的另一端在與360度圓形移動軌道所在面相垂直方向上的投影位于360度圓形移動軌道內(nèi)，且弧形移動軌道在360度圓形移動軌道上移動一周的軌跡面與360度圓形移動軌道所在面構成封閉區(qū)域；圖像捕獲裝置活動設置在弧形移動軌道上，并在弧形移動軌道上移動。本發(fā)明設計的三維全景掃描裝置，設計結構簡單，成本低廉，相對于現(xiàn)有基于結構光的三維掃描儀相比，本發(fā)明設計是一種具有固定結構的專用三維掃描裝置，能夠方便快捷地全面實現(xiàn)多角度二維圖像獲取，且整個裝置操作簡單，便于維護。
[0020]針對以上設計三維全景掃描裝置技術方案基礎之上，所述弧形移動軌道為90度弧的移動軌道，弧形移動軌道所在面與所述360度圓形移動軌道所在面相垂直。使得弧形移動軌道在360度圓形移動軌道上移動一周的軌跡面與360度圓形移動軌道所在面構成的封閉區(qū)域為半球區(qū)域，使得所述圖像捕獲裝置的圖像捕獲區(qū)域更加規(guī)整，便于后期數(shù)據(jù)計算；并且本技術方案基礎之上，還包括第一電機和第二電機，其中，所述弧形移動軌道的一端通過第一電機活動設置在所述360度圓形移動軌道上，弧形移動軌道通過第一電機在360度圓形移動軌道上移動；所述圖像捕獲裝置通過第二電機活動設置在弧形移動軌道上，圖像捕獲裝置通過第二電機在弧形移動軌道上移動。設計第一電機、第二電機分別用于弧形移動軌道的移動和圖像捕獲裝置的移動，方便快捷，且移動速度快速，大大提高本發(fā)明設計三維全景掃描裝置的工作效率；其中，所述第一電機和所述第二電機均為步進電機或伺服電機；不僅如此，本發(fā)明設計三維全景掃描裝置的技術方案中，還包括分別設置在所述第一電機上、第二電機上的第一位置傳感器、第二位置傳感器，使得圖像捕獲裝置的位置精確可控，其中，第一位置傳感器和第二位置傳感器可以采用“拉繩位移傳感器”或“光柵位移傳感器”;所述圖像捕獲裝置為具有變焦鏡頭的相機，可以根據(jù)被掃描物體的大小，預先自由調(diào)節(jié)設置相機的焦段和焦距，自由實現(xiàn)高低分辨率的三維全景掃描。
[0021]基于以上設計三維全景掃描裝置的基礎之上，本發(fā)明還設計了基于該裝置的三維模型生成方法，包括如下步驟: 步驟001.將被測物理設置在所述弧形移動軌道在360度圓形移動軌道上移動一周的軌跡面與360度圓形移動軌道所在面構成封閉區(qū)域內(nèi)，通過所述弧形移動軌道在所述360度圓形移動軌道上的移動，以及所述圖像捕獲裝置在所述弧形移動軌道上的移動，由圖像捕獲裝置獲取被掃描物體各個角度的二維圖像，且相鄰二維圖像之間具有重疊區(qū)域；
步驟002.針對被掃描物體各角度的二維圖像，分別對相鄰二維圖像的重疊區(qū)域進行特征點匹配，其中，針對所述相鄰二維圖像重疊區(qū)域特征點匹配過程中的誤匹配特征點，通過對極幾何約束方法進行清除；
步驟003.根據(jù)圖像捕獲裝置獲取被掃描物體各個角度二維圖像時的位置，通過從運動恢復結構技術獲得步驟002中相鄰二維圖像重疊區(qū)域內(nèi)各個特征點的三維坐標；
步驟004.根據(jù)相鄰二維圖像重疊區(qū)域內(nèi)各個特征點的三維坐標，獲得被掃描物體稀疏型三維模型；
步驟005.針對所述被掃描物體稀疏型三維模型，利用基于多視角的立體映射技術獲得被掃描物體密集型三維模型；
步驟006.將所述各幅二維圖像對應映射到所述被掃描物體密集型三維模型上，獲得表面具有紋理圖像的被掃描物體三維模型。
[0022]以上設計的基于該三維全景掃描裝置的三維模型生成方法，基于方便快捷獲取被掃描物體各個角度的二維圖像基礎上，采用相對清晰簡明的步驟方法，即可快速實現(xiàn)被掃描物體稀疏型三維模型的獲取，且步驟方法簡明易于控制；其中，針對所述相鄰二維圖像重疊區(qū)域特征點匹配過程中的誤匹配特征點，設計了行之有效的清除方法，能夠有效保證最終結果的準確性；并且，針對所述被掃描物體稀疏型三維模型，設計步驟能夠方便快捷獲得被掃描物體密集型三維模型，并且采用映射方法步驟，能夠方便快捷地獲得表面具有紋理圖像的被掃描物體三維模型，方法步驟效果明顯，且易于掌控。
[0023]基于以上技術方案，本發(fā)明設計的三維全景掃描裝置及三維模型生成方法，通過簡單的雙軌道式結構移動平臺上的一個相機對被掃描物體從不同角度進行拍攝。通過各幅相鄰二維圖像重疊區(qū)域特征點的匹配計算及拼接，最終獲得具有紋理圖像的被掃描物體三維模型。整個裝置工作過程中，保證相機移動，而被掃描物體保持靜止。這樣能盡可能被掃描物體的光照不改變，從而確保相鄰二維圖像間匹配的可靠性及穩(wěn)定性，不會因為光照的變化而受到比較大的影響。這種方式也可以保證此裝置可以獲取不同光照條件下的紋理圖片信息。相鄰二維圖像拍攝的相對位置信息也可用來減少誤匹配的情況。另外，與其它傳統(tǒng)的三維掃描儀相比，本發(fā)明設計的三維全景掃描裝置可以根據(jù)被掃描物體大小，自由調(diào)整相機視野從而充分利用相機的分辨率。
[0024]上面結合附圖對本發(fā)明的實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。
【權利要求】
1.一種三維全景掃描裝置，其特征在于:包括雙軌道和圖像捕獲裝置；其中，雙軌道包括360度圓形移動軌道和弧形移動軌道，弧形移動軌道的一端活動設置在360度圓形移動軌道上，弧形移動軌道的另一端在與360度圓形移動軌道所在面相垂直方向上的投影位于360度圓形移動軌道內(nèi)，且弧形移動軌道在360度圓形移動軌道上移動一周的軌跡面與360度圓形移動軌道所在面構成封閉區(qū)域；圖像捕獲裝置活動設置在弧形移動軌道上，并在弧形移動軌道上移動。
2.根據(jù)權利要求1所述一種三維全景掃描裝置，其特征在于:所述弧形移動軌道為90度弧的移動軌道，弧形移動軌道所在面與所述360度圓形移動軌道所在面相垂直。
3.根據(jù)權利要求2所述一種三維全景掃描裝置，其特征在于:還包括第一電機和第二電機，其中，所述弧形移動軌道的一端通過第一電機活動設置在所述360度圓形移動軌道上，弧形移動軌道通過第一電機在360度圓形移動軌道上移動；所述圖像捕獲裝置通過第二電機活動設置在弧形移動軌道上，圖像捕獲裝置通過第二電機在弧形移動軌道上移動。
4.根據(jù)權利要求3所述一種三維全景掃描裝置，其特征在于:所述第一電機和所述第二電機均為步進電機或伺服電機。
5.根據(jù)權利要求3或4所述一種三維全景掃描裝置，其特征在于:還包括分別設置在所述第一電機上、第二電機上的第一位置傳感器、第二位置傳感器。
6.根據(jù)權利要求1所述一種三維全景掃描裝置，其特征在于:所述圖像捕獲裝置為具有變焦鏡頭的相機。
7.一種基于權利要求1至6中任意一項所述三維全景掃描裝置的三維模型生成方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟001.將被測物理設置`在所述弧形移動軌道在360度圓形移動軌道上移動一周的軌跡面與360度圓形移動軌道所在面構成封閉區(qū)域內(nèi)，通過所述弧形移動軌道在所述360度圓形移動軌道上的移動，以及所述圖像捕獲裝置在所述弧形移動軌道上的移動，由圖像捕獲裝置獲取被掃描物體各個角度的二維圖像，且相鄰二維圖像之間具有重疊區(qū)域； 步驟002.針對被掃描物體各角度的二維圖像，分別對相鄰二維圖像的重疊區(qū)域進行特征點匹配； 步驟003.根據(jù)圖像捕獲裝置獲取被掃描物體各個角度二維圖像時的位置，通過從運動恢復結構技術獲得步驟002中相鄰二維圖像重疊區(qū)域內(nèi)各個特征點的三維坐標； 步驟004.根據(jù)相鄰二維圖像重疊區(qū)域內(nèi)各個特征點的三維坐標，獲得被掃描物體稀疏型三維模型。
8.根據(jù)權利要求7所述一種基于三維全景掃描裝置的三維模型生成方法，其特征在于，述步驟002中還包括如下步驟: 針對所述相鄰二維圖像重疊區(qū)域特征點匹配過程中的誤匹配特征點，通過對極幾何約束方法進行清除。
9.根據(jù)權利要求7或8所述一種基于三維全景掃描裝置的三維模型生成方法，其特征在于，所述步驟004之后，還包括步驟005如下: 步驟005.針對所述被掃描物體稀疏型三維模型，利用基于多視角的立體映射技術獲得被掃描物體密集型三維模型。
10.根據(jù)權利要求9所述一種基于三維全景掃描裝置的三維模型生成方法，其特征在于，所述步驟005之后，還包括步驟006如下: 步驟006.將所述各幅二維圖像對應映射到所述被掃描物體密集型三維模型上，獲得表面具有紋理圖像的 被掃描物體三維模型。
【文檔編號】H04N5/232GK103873751SQ201410121124
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權日:2014年3月28日
【發(fā)明者】陳維龍 申請人:陳維龍