一种基于连续拍摄对远距离目标物3D建模的标定方法技术

本发明专利技术提供了一种基于连续拍摄对远距离目标物3D建模的标定方法，(1)选择远离目标物B一段距离设置的标定物A；(2)利用采集设备拍摄标定物A的多个图像；(3)移动和/或转动采集设备整体，连续拍摄，直到移动和/或转动到目标物B进入采集设备视场；(4)采集设备采集目标物B多个图像；标定物上具有多个标定点；根据多个标定点的坐标标定目标物的坐标。该方法通过移动或转动过程中连续拍摄的方法实现远距离目标物体的绝对尺寸标定。

【技术实现步骤摘要】
一种基于连续拍摄对远距离目标物3D建模的标定方法
本专利技术涉及形貌测量
，特别涉及3D形貌测量

技术介绍
目前在利用视觉方式进行3D采集和测量时，通常使得相机相对目标物转动，或在目标物周边设置多个相机同时进行采集。例如南加州大学的DigitalEmily项目，采用球型支架，在支架上不同位置不同角度固定了上百个相机，从而实现人体的3D采集和建模。然而无论哪种方式，都需要相机与目标物距离较短，至少应当在可布置的范围内，这样才能形成相机在不同位置采集目标物图像。然而在一些应用中，无法环绕目标物进行图像的采集。例如监控探头在采集被监控区域时，由于区域较大、距离较远，且采集对象不固定，因此难以围绕目标对象设置相机，或使得相机围绕目标对象转动。在这种情形下如何进行目标对象的3D采集与建模是亟待解决的问题。更进一步的问题，对于这些远距离的目标即使完成3D建模，如何得到其准确的尺寸，从而使得3D模型具有绝对的尺寸也是没有解决的问题。例如对远处一个建筑进行建模时，为了获得其绝对尺寸，现有技术通常是在建筑上或旁边设置标定物，根据标定物的大小从而获得建筑物3D模型的大小。然而并不是所有情况都允许我们去目标物附近放置标定物，此时即使获得3D模型，也无法获得绝对尺寸，也就无法获知物体的真实大小。例如，在河对岸的一个房屋，如果要对其进行建模必须要在房屋上放置标定物，然而如果无法过河将难以完成这个工作。除了距离远之外，也存在距离并不远，但目标物上由于某种原因无法放置标定物，例如在进行人体的采集时，无法在人体上放置标定物，此时如何获得人体模型的绝对尺寸成为巨大的问题。此外，在现有技术中也曾提出使用包括旋转角度、目标物尺寸、物距的经验公式限定相机位置，从而兼顾合成速度和效果。然而在实际应用中发现：除非有精确量角装置，否则用户对角度并不敏感，难以准确确定角度；目标物尺寸难以准确确定，例如上述河边房屋的3D模型构建的场景中。并且测量的误差导致相机位置设定误差，从而会影响采集合成速度和效果；准确度和速度还需要进一步提高。因此，目前急需解决以下技术问题：①能够采集较远距离，非特定目标的3D信息；②同时兼顾合成速度和合成精度。③能够准确、方便获得较远物体或不宜放置标定物的物体的三维绝对尺寸。
技术实现思路
鉴于上述问题，提出了本专利技术提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的标定方法。本专利技术提供了一种基于连续拍摄对远距离目标物3D建模的标定方法，包括：(1)选择远离目标物B一段距离设置的标定物A；(2)利用采集设备拍摄标定物A的多个图像；(3)移动和/或转动采集设备整体，连续拍摄，直到移动和/或转动到目标物B进入采集设备视场；(4)采集设备采集目标物B多个图像；标定物上具有多个标定点；根据多个标定点的坐标标定目标物的坐标，包括：对所有拍摄照片进行特征点提取，并进行特征点匹配，获得A物体与目标物B的模型坐标值；根据标定点绝对坐标和模型坐标标定目标物的绝对坐标。可选的，在采集设备移动或转动过程中，满足如下条件：相邻三个采集位置对应采集的三个图像的交集非空。可选的，采集设备为3D智能视觉设备，包括图像采集装置和转动装置；转动装置，用于驱动图像采集装置的采集区域与目标物产生相对运动；图像采集装置，用于通过上述相对运动采集目标物一组图像。可选的，图像采集装置转动采集一组图像时的位置符合如下条件：其中L为相邻两个采集位置图像采集装置光心的直线距离；f为图像采集装置的焦距；d为图像采集装置感光元件的矩形长度；M为图像采集装置感光元件沿着光轴到目标物表面的距离；μ为经验系数。可选的，采集设备为3D智能图像采集设备时，3D智能图像采集设备的相邻两个采集位置符合如下条件：其中L为相邻两个采集位置图像采集装置光心的直线距离；f为图像采集装置的焦距；d为图像采集装置感光元件的矩形长度或宽度；T为图像采集装置感光元件沿着光轴到目标物表面的距离；δ为调整系数。可选的，还包括对采集的图像进行特征点提取，并进行特征点匹配，获取稀疏特征点；输入匹配的特征点坐标，利用解算稀疏的三维点云和拍照图像采集设备的位置和姿态数据，获得物体A与物体B的稀疏的模型三维点云和位置的模型坐标值。可选的，导入标定物上的标定点的绝对坐标XT、YT、ZT和已做好的标定点的图片模板，然后将标定点的图片模板与输入的所有照片进行模板匹配，获得输入照片中所有包含标定点的像素行列号xi、yi。可选的，还包括根据拍照相机的位置和姿态数据，输入标定点的像素行列号xi、yi，可解算出其标定点的模型坐标系下坐标(Xi、Yi、Zi)；根据标定点绝对坐标和模型坐标(XT、YT、ZT)与(Xi、Yi、Zi)，利用空间相似变换公式，解算出模型坐标与绝对坐标的7个空间坐标转换参数。可选的，还包括利用解算的7个参数，则可将物体A和物体B的三维点云和拍照相机的位置和姿态数据的坐标转换到绝对坐标系下，即获得了目标物体的真实尺寸。可选的，获得目标物的绝对尺寸。本专利技术还提供了一种3D模型构建方法，使用上述任一所述方法。专利技术点及技术效果1、通过移动或转动过程中连续拍摄的方法实现远距离目标物体的绝对尺寸标定。2、通过优化相机采集图片的位置，保证能够同时提高合成速度和合成精度。优化相机采集位置时，无需测量角度，无需测量目标尺寸，适用性更强。3、首次提出通过相机光轴与转盘呈一定夹角而非平行的方式转动来采集目标物图像，实现3D合成和建模，而无需绕目标物转动，提高了场景的适应性。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1为本专利技术实施例中的采集设备拍摄标定物的示意图；图2为本专利技术实施例中的采集设备转动过程中拍摄的示意图；图3为本专利技术实施例中的采集设备转到目标物方向拍摄目标物的示意图；图4为本专利技术实施例中利用3D智能视觉设备拍摄的示意图；图5为本专利技术实施例中利用3D智能视觉设备拍摄的另一示意图；图6为本专利技术实施例中采集区域移动装置为旋转结构的采集设备；图7为本专利技术实施例中机载采集装置自转拍摄的示意图；图8为本专利技术实施例中车载采集装置直线行驶拍摄的示意图；其中，1目标物，2转动装置，3旋转装置，4图像采集装置。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。3D采集标定流程请参考图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于连续拍摄对远距离目标物3D建模的标定方法，其特征在于：/n(1)选择远离目标物B一段距离设置的标定物A；/n(2)利用采集设备拍摄标定物A的多个图像；/n(3)移动和/或转动采集设备整体，连续拍摄，直到移动和/或转动到目标物B进入采集设备视场；/n(4)采集设备采集目标物B多个图像；/n标定物上具有多个标定点；/n根据多个标定点的坐标标定目标物的坐标，包括：对所有拍摄照片进行特征点提取，并进行特征点匹配，获得A物体与B物体的模型坐标值；根据标定点绝对坐标和模型坐标标定目标物的绝对坐标。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于连续拍摄对远距离目标物3D建模的标定方法，其特征在于：
(1)选择远离目标物B一段距离设置的标定物A；
(2)利用采集设备拍摄标定物A的多个图像；
(3)移动和/或转动采集设备整体，连续拍摄，直到移动和/或转动到目标物B进入采集设备视场；
(4)采集设备采集目标物B多个图像；
标定物上具有多个标定点；
根据多个标定点的坐标标定目标物的坐标，包括：对所有拍摄照片进行特征点提取，并进行特征点匹配，获得A物体与B物体的模型坐标值；根据标定点绝对坐标和模型坐标标定目标物的绝对坐标。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：采集设备为3D智能视觉设备，包括图像采集装置和转动装置；
转动装置，用于驱动图像采集装置的采集区域与目标物产生相对运动；
图像采集装置，用于通过上述相对运动采集目标物一组图像。


3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：图像采集装置转动采集一组图像时的位置符合如下条件：



其中L为相邻两个采集位置图像采集装置光心的直线距离；f为图像采集装置的焦距；d为图像采集装置感光元件的矩形长度；M为图像采集装置感光元件沿着光轴到目标物表面的距离；μ为经验系数。


4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：采集设备为3D智能图像采集设备时，3D智能图像采集设备的相邻两个采集位置符合如下条件：



其中L为相邻两个采集位置图像采集装置光心的直线距离；f为图像采集装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：左忠斌，左达宇，
申请(专利权)人：天目爱视北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11