【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于图像处理，具体涉及一种基于散点光照法的三维曲面立体建模方法。
技术介绍
1、基于双目视觉的三维曲面立体建模方法原理上与人的观察原理十分相似，一般是利用左右视角下获得的平面图还原出立体模型。通过对平面图中的特征点进行匹配，即通过同一个特征点在两张平面图中的位置信息计算出其在三维空间中的坐标，然后以一系列这些特征点为点云基点建立曲面的立体模型。显然，特征点越多，立体模型越精确。关于特征点的平面图和立体空间中的坐标变换的计算理论已比较完备，实际应用中的难点通常在于特征点匹配，即必须准确找出左视角平面图中的特征点在右视角平面图中的位置才能计算出该特征点的三维空间坐标。对于弱纹理表面，由于其表面自有的特征信息极少，特征点匹配尤其困难。此外，特征点的数量也影响匹配的效果。数量过多，坐标数据处理量巨大，也很容易发生错配；过少，则有效特征点数量不足以用于精确呈现立体模型。因此，针对弱纹理表面，如何高效地创建、采集和匹配特征点是开展基于双目视觉三维曲面立体建模的一个关键问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于散点光照法的三维曲面立体建模方法，弱纹理曲面建模困难的技术问题，为了解决上述技术问题，本专利技术提供了基于散点光照法的三维曲面立体建模方法，提出一种特征点的快速匹配方法，且具有良好的扩展性，有效解决了弱纹理曲面建模困难的问题。
2、本专利技术提供一种基于散点光照法的三维曲面立体建模方法，包括以下步骤：
3、s1、利用若干条相对位置固定的平行光
4、s2、通过调整光学透镜的曲率或调整光源与透镜之间的距离，使得平行光束聚焦在目标曲面上，形成唯一的一个散光点，为初始散光点；
5、s3、固定双目视觉相机的位置和视角不变，拍摄具有散光点的目标曲面，分别在左相机和右相机照片的图像坐标系中标记出初始散光点的坐标l0(xl0,yl0)和r0(xr0,yr0)；
6、s4、保持光源位置和照射角度不变，微调光学透镜的曲率或调整光源与透镜之间的距离，使得平行光束在目标曲面上由初始散光点发散为n个散光点；
7、s5、固定双目视觉相机位置和视角不变，拍摄具有散光点的目标曲面，在左相机照片中，以初始散光点的位置为原点建立极坐标系，根据n个散光点在该极坐标系中的极坐标角度大小进行排序，标记左相机照片中散光点的序号分别为1～n；在右相机照片中，以初始散光点的位置为原点建立极坐标系，根据n个散光点在该极坐标系中的极坐标角度大小进行排序，标记右相机照片中散光点的序号分别为1～n，n个散光点在左、右坐标系中一一对应；
8、s6、保持光源位置和照射角度不变，微调光学透镜的曲率或调整光源与透镜之间的物距，使平行光束在目标曲面上形成距离原来初始散光点更远的n个散光点，并旋转光源，使得平行光束绕着透镜光轴相较于前一次拍摄旋转角度δθ；
9、s7、固定双目视觉相机位置和视角不变，拍摄具有散光点的目标曲面，在左相机照片中，以初始散光点的位置为原点建立极坐标系，根据n个散光点在该极坐标系中的极坐标角度减去相对于第一次拍摄累计旋转的角度(∑δθ)之后的值的大小进行排序，标记左相机照片中散光点的序号分别为1～n；在右相机照片中，以n个散光点在极坐标系中的极坐标角度减去相对于第一次拍摄累计旋转的角度(∑δθ)之后的值的大小进行排序，并依次标记散光点序号分别为1～n；
10、s8、重复执行s6和s7的步骤，分别在左相机和右相机照片的平面坐标系中标记出n个散光点的坐标，利用神经网络学习方法追溯各个散光点在曲面上的移动路径，进而进行散光点序号的识别和匹配；
11、s9、利用散光点坐标以及左、右相机照片中对应散光点相同的编号匹配散光点，利用双目视觉三角测量原理将散光点的二维平面坐标转换为三维空间坐标，建立三维立体模型。
12、进一步地，基于散点光照法的三维曲面立体建模方法，还包括以下步骤：
13、s10、固定双目视觉相机位置和视角不变，改变光源位置和照射角度，重复s1～s9的步骤，在已建立的三维立体模型上叠加更多的点云数据，使模型更加准确。
14、进一步地，在步骤s1中，平行光束数量标记为n，优选地，n＝10。
15、进一步地，在步骤s3中，使用掩码抠图法识别出各个散光点在图像上的特征窗口。优选的，特征窗口为矩形或圆形。以每个特征窗口的形状中心作为特征窗口对应的散光点的坐标位置。
16、进一步地，在步骤s4中，n个散光点距初始散光点的距离以及n个散光点之间的距离不完全相同。
17、进一步地，在步骤s5中，在左相机和右相机照片的平面坐标系中标记出n个散光点的坐标分别为l11(rl11,θl11)、l12(rl12,θl12)、…、l1n(rl1n,θl1n)和r11(rr11,θr11)、r12(rr12,θr12)、…、r1n(rr1n,θr1n)。
18、
19、进一步地，在步骤s6中，δθ为0°～10°。
20、进一步地，在步骤s7中，在左相机和右相机照片的平面坐标系中标记出n个散光点的坐标分别为l21(rl21,θl21)、l22(rl22,θl22)、…、l2n(rl2n,θl2n)和r21(rr21,θr21)、r22(rr22,θr22)、…、r2n(rr2n,θr2n)。
21、进一步地，在步骤s8中，在左相机和右相机照片的平面坐标系中标记出n个散光点的坐标分别为(rlj1,θlj1)、(rlj2,θlj2)、…、(rljn,θljn)和(rrj1,θrj1)、(rrj2,θrj2)、…、(rrjn,θrjn)，其中，j表示第j次拍摄具有散光点的目标曲面。
22、进一步地，在步骤s8中还包括以下步骤：
23、s81、取所有已保存的左相机照片中的散光点坐标(rli1,θli1)、(rli2,θli2)、…、(rlin,θlin)作为数据集a，其中i为1～j-1；
24、s82、取与s81中的散光点坐标一一对应，但拍摄次数不同的散光点坐标作为数据集b；
25、s83、将数据a和数据b作为训练集，得到神经网络模型；
26、s84、将第j次拍摄后得到的散光点坐标(rlj1,θlj1)、(rlj2,θlj2)、…、(rljn,θljn)输入训练好的神经网络模型，获得模型输出，记录为lj1(rlj1,θlj1)、lj2(rlj2,θlj2)、…、ljn(rljn,θljn)，其中，各个散光点坐标对应的散光点序号(1～n)。
27、进一步地，在步骤s8中，在左相机或右相机照片上分别人为设定好包含了目标曲面的有效识别区域。
28、进一步地，当左相机或右相机照片中的散光点数量与n的比值小于人为预设的阈值η时，则不再拍摄。
29、优选地，阈值η本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于散点光照法的三维曲面立体建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于散点光照法的三维曲面立体建模方法，其特征在于，还包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的基于散点光照法的三维曲面立体建模方法，其特征在于，在步骤S3中，使用掩码抠图法识别出各个散光点在图像上的特征窗口，以每个特征窗口的形状中心作为特征窗口对应的散光点的坐标位置。
4.根据权利要求1所述的基于散点光照法的三维曲面立体建模方法，其特征在于，在步骤S5中，在左相机和右相机照片的平面坐标系中标记出N个散光点的坐标分别为L11(rL11,θL11)、L12(rL12,θL12)、…、L1N(rL1N,θL1N)和R11(rR11,θR11)、R12(rR12,θR12)、…、R1N(rR1N,θR1N)。
5.根据权利要求1所述的基于散点光照法的三维曲面立体建模方法，其特征在于，在步骤S6中，Δθ为0°～10°。
6.根据权利要求1所述的基于散点光照法的三维曲面立体建模方法，其特征在于，在步骤S7中，在左相机和右相机照片的平面坐标
7.根据权利要求1所述的基于散点光照法的三维曲面立体建模方法，其特征在于，在步骤S8中，在左相机和右相机照片的平面坐标系中标记出N个散光点的坐标分别为(rLj1,θLj1)、(rLj2,θLj2)、…、(rLjN,θLjN)和(rRj1,θRj1)、(rRj2,θRj2)、…、(rRjN,θRjN)，其中，j表示第j次拍摄具有散光点的目标曲面。
8.根据权利要求7所述的基于散点光照法的三维曲面立体建模方法，其特征在于，在步骤S8中还包括以下步骤：
9.根据权利要求7所述的基于散点光照法的三维曲面立体建模方法，其特征在于，在步骤S8中，在左相机或右相机照片上分别人为设定好包含了目标曲面的有效识别区域。
10.根据权利要求9所述的基于散点光照法的三维曲面立体建模方法，其特征在于，当左相机或右相机照片中的散光点数量与N的比值小于人为预设的阈值η时，则不再拍摄。
...【技术特征摘要】
1.一种基于散点光照法的三维曲面立体建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于散点光照法的三维曲面立体建模方法，其特征在于，还包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的基于散点光照法的三维曲面立体建模方法，其特征在于，在步骤s3中，使用掩码抠图法识别出各个散光点在图像上的特征窗口，以每个特征窗口的形状中心作为特征窗口对应的散光点的坐标位置。
4.根据权利要求1所述的基于散点光照法的三维曲面立体建模方法，其特征在于，在步骤s5中，在左相机和右相机照片的平面坐标系中标记出n个散光点的坐标分别为l11(rl11,θl11)、l12(rl12,θl12)、…、l1n(rl1n,θl1n)和r11(rr11,θr11)、r12(rr12,θr12)、…、r1n(rr1n,θr1n)。
5.根据权利要求1所述的基于散点光照法的三维曲面立体建模方法，其特征在于，在步骤s6中，δθ为0°～10°。
6.根据权利要求1所述的基于散点光照法的三维曲面立体建模方法，其特征在于，在步骤s7中，在左相机和右相机照片的平面坐标系中标记出n个散光点...
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