本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于轉(zhuǎn)臺(tái)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集與三維建模的方法及裝置。

背景技術(shù)：

作為點(diǎn)和其它信息集合的數(shù)據(jù)，三維模型可以手工生成，也可以按照一定的算法生成?，F(xiàn)在，三維模型已經(jīng)用于各種不同的領(lǐng)域。在醫(yī)療行業(yè)使用它們制作器官的精確模型；電影行業(yè)將它們用于活動(dòng)的人物、物體以及現(xiàn)實(shí)電影；視頻游戲產(chǎn)業(yè)將它們作為計(jì)算機(jī)與視頻游戲中的資源；在科學(xué)領(lǐng)域?qū)⑺鼈冏鳛榛衔锏木_模型；建筑業(yè)將它們用來展示提議的建筑物或者風(fēng)景表現(xiàn)；工程界將它們用于設(shè)計(jì)新設(shè)備、交通工具、結(jié)構(gòu)以及其它應(yīng)用領(lǐng)域；在最近幾十年，地球科學(xué)領(lǐng)域開始構(gòu)建三維地質(zhì)模型。

目前針對(duì)物體的建模方法，大體上有三種：第一種方式利用三維軟件建模。在市場(chǎng)上可以看到許多優(yōu)秀建模軟件，比較知名的有3DMAX，Maya，UG以及AutoCAD等等。它們的共同特點(diǎn)是利用一些基本的幾何元素，如立方體、球體等，通過一系列幾何操作，如平移、旋轉(zhuǎn)、拉伸以及布爾運(yùn)算等來構(gòu)建復(fù)雜的幾何場(chǎng)景，但對(duì)于形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物體，難以準(zhǔn)確恢復(fù)出物體的三維模型；第二種方式通過儀器設(shè)備測(cè)量建模。通過專業(yè)的三維掃描儀，獲取被測(cè)物體表面采樣點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)，測(cè)量精度較高，但其缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，需要專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行操作；第三種方式利用圖像或者視頻來建模。由于圖像本身包含著豐富的場(chǎng)景信息，通過對(duì)系列圖像的處理，可從二維圖像中準(zhǔn)確恢復(fù)出場(chǎng)景的三維形狀，并進(jìn)行逼真的紋理映射。與傳統(tǒng)利用軟件建?；蛘呷S掃描儀建模的方法相比，基于圖像建模的方法成本低廉，真實(shí)感強(qiáng)，自動(dòng)化程度高，因而具有廣泛的應(yīng)用前景。

現(xiàn)有基于圖像三維重建方法，是通過不同圖像對(duì)應(yīng)的同名特征點(diǎn)，利用最小二乘優(yōu)化算法，反推出相應(yīng)的基礎(chǔ)矩陣和本質(zhì)矩陣，進(jìn)而得到相應(yīng)的內(nèi)外參數(shù)。2004年，Lowe提出了基于SIFT特征的圖像特征點(diǎn)匹配算法，其全稱是Scale Invariant Feature Transform，即尺度不變特征變換，簡(jiǎn)稱SIFT。SIFT算法是一種提取局部特征的算法，其原理是在尺度空間尋找極值點(diǎn)，提取位置、尺度、旋轉(zhuǎn)不變量，生成關(guān)鍵點(diǎn)特征描述符，然后根據(jù)這些不變量特征進(jìn)行匹配。但是該方法的穩(wěn)定性極大的依賴于圖像表面的紋理特征，當(dāng)物體表面呈現(xiàn)出弱紋理時(shí)，會(huì)導(dǎo)致該方法失效，不能有效對(duì)物體進(jìn)行三維建模。另外三維重建的完整性又依賴于拍攝圖像對(duì)物體的覆蓋程度以及圖像間的拍攝內(nèi)容的重疊率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對(duì)上述問題提供一種能夠?qū)θ跫y理物體進(jìn)行三維建模的基于轉(zhuǎn)臺(tái)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集與三維建模的方法及裝置。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的提供的一種基于轉(zhuǎn)臺(tái)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集與三維建模的方法，用于通過相機(jī)陣列對(duì)放置在轉(zhuǎn)臺(tái)上的物品進(jìn)行三維建模，所述方法包括：

獲取機(jī)陣列中各相機(jī)相對(duì)所述轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心的初始投影矩陣；

控制所述轉(zhuǎn)臺(tái)圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)中心轉(zhuǎn)動(dòng)多個(gè)角度，并在每一轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲取所述相機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)投影矩陣和所述物品的轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝圖片；

根據(jù)所述轉(zhuǎn)動(dòng)投影矩陣和所述轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝圖片利用SIFT特征進(jìn)行三維建模，得到所述物品的三維模型；且

所述相機(jī)陣列中包含兩個(gè)以上相機(jī)。

在其中一個(gè)實(shí)施例的基于轉(zhuǎn)臺(tái)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集與三維建模的方法中，所述方法還包括：

根據(jù)建模所得三維點(diǎn)云和所述轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝圖片之間的紋理圖像對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)所述物品的三維模型進(jìn)行處理，得到所述物品的真彩三維模型。

在其中一個(gè)實(shí)施例的基于轉(zhuǎn)臺(tái)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集與三維建模的方法中，任意兩個(gè)相鄰的轉(zhuǎn)動(dòng)角度之間的夾角相等。

在其中一個(gè)實(shí)施例的基于轉(zhuǎn)臺(tái)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集與三維建模的方法中，在所述轉(zhuǎn)臺(tái)遠(yuǎn)離所述相機(jī)陣列的一側(cè)設(shè)置純色拍攝背景板。

在其中一個(gè)實(shí)施例的基于轉(zhuǎn)臺(tái)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集與三維建模的方法中，所述相機(jī)陣列中相機(jī)的數(shù)量大于等于2個(gè)。

在其中一個(gè)實(shí)施例的基于轉(zhuǎn)臺(tái)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集與三維建模的方法中，通過在轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)置至少一個(gè)隨轉(zhuǎn)臺(tái)一起轉(zhuǎn)動(dòng)的標(biāo)定棋盤，獲取相機(jī)相對(duì)所述轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心的初始投影矩陣，包括以下步驟：

控制轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，相機(jī)陣列中每個(gè)相機(jī)從兩個(gè)以上方位分別獲取所述標(biāo)定棋盤的拍攝圖片；

根據(jù)所述拍攝圖片確定各相機(jī)與所述標(biāo)定棋盤之間的位置關(guān)系及相機(jī)之間的位置關(guān)系；

通過兩個(gè)以上所述拍攝圖片及所述標(biāo)定棋盤確定的三維世界坐標(biāo)系，確定所述轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心；

通過相機(jī)與所述標(biāo)定棋盤之間的位置關(guān)系、相機(jī)之間的位置關(guān)系及所述轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心確定相機(jī)相對(duì)所述轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心的初始投影矩陣。

在其中一個(gè)實(shí)施例的基于轉(zhuǎn)臺(tái)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集與三維建模的方法中，在轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)置兩個(gè)標(biāo)定棋盤，一個(gè)水平標(biāo)定棋盤和一個(gè)豎直標(biāo)定棋盤，所述水平標(biāo)定棋盤與所述轉(zhuǎn)臺(tái)之間的夾角小于90度，且所述水平標(biāo)定棋盤能夠至少被一個(gè)相機(jī)拍攝到，所述豎直標(biāo)定棋盤能夠被相機(jī)陣列中的所有相機(jī)拍攝到；且

所述水平標(biāo)定棋盤與所述轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面相貼合；所述豎直標(biāo)定棋盤與所述轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面成90度角；從8個(gè)不同的方位獲取所述標(biāo)定棋盤的拍攝圖片。

基于同一發(fā)明構(gòu)思，還提供一種基于轉(zhuǎn)臺(tái)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集與三維建模的裝置，用于通過相機(jī)陣列對(duì)放置在轉(zhuǎn)臺(tái)上的物品進(jìn)行三維建模，所述裝置包括：

初始矩陣獲取模塊，用于獲取相機(jī)陣列中各相機(jī)相對(duì)所述轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心的初始投影矩陣；

轉(zhuǎn)動(dòng)控制模塊，用于控制所述轉(zhuǎn)臺(tái)圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)中心轉(zhuǎn)動(dòng)多個(gè)角度，并在每一轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲取所述相機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)投影矩陣和所述物品的轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝圖片；

三維建模模塊，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)動(dòng)投影矩陣和所述轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝圖片利用SIFT特征進(jìn)行三維建模，得到所述物品的三維模型；

所述相機(jī)陣列中包含兩個(gè)以上相機(jī)。

其中一個(gè)實(shí)施例的基于轉(zhuǎn)臺(tái)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集與三維建模的裝置，還包括紋理處理模塊，用于根據(jù)建模所得三維點(diǎn)云和所述轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝圖片之間的紋理圖像對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)所述物品的三維模型進(jìn)行處理，得到所述物品的真彩三維模型。

其中一個(gè)實(shí)施例的基于轉(zhuǎn)臺(tái)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集與三維建模的裝置，在進(jìn)行三維建模時(shí)，在轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)置至少一個(gè)隨轉(zhuǎn)臺(tái)一起轉(zhuǎn)動(dòng)的標(biāo)定棋盤，用于建立初始投影矩陣，所述初始矩陣獲取模塊包括：

圖片拍攝控制子模塊，用于控制相機(jī)陣列中各相機(jī)從兩個(gè)以上方位分別獲取所述標(biāo)定棋盤的拍攝圖片；

位置關(guān)系確定子模塊，用于根據(jù)所述拍攝圖片確定各相機(jī)與所述標(biāo)定棋盤之間的位置關(guān)系及相機(jī)之間的位置關(guān)系；

轉(zhuǎn)動(dòng)中心確定子模塊，用于通過兩個(gè)以上所述拍攝圖片及所述標(biāo)定棋盤確定的三維世界坐標(biāo)系，確定所述轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心；

位置標(biāo)定子模塊，用于通過相機(jī)與所述標(biāo)定棋盤之間的位置關(guān)系、所述相機(jī)之間的位置關(guān)系及所述轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心確定所述相機(jī)相對(duì)所述轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心的初始投影矩陣。

本發(fā)明的有益效果包括：本發(fā)明提供的一種基于轉(zhuǎn)臺(tái)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集與三維建模的方法，通過借助于精密的轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)角信息，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)物體的自動(dòng)、準(zhǔn)確三維重建。其弱化了圖像紋理的要求，而且避免了傳統(tǒng)基于圖像三維重建過程中利用圖像特征估算相機(jī)內(nèi)外參數(shù)的不穩(wěn)定性，而且能同時(shí)利用多個(gè)相機(jī)采集多個(gè)不同角度(和不同光照)下建模目標(biāo)的圖片，提取真實(shí)尺度，(具有速度快、針對(duì)性強(qiáng)、成本低、精度高、拼接積累誤差小的特點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種基于轉(zhuǎn)臺(tái)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集與三維建模的方法一具體實(shí)施例的流程圖；

圖2為基于轉(zhuǎn)臺(tái)的建模系統(tǒng)結(jié)合標(biāo)定棋盤進(jìn)行標(biāo)定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明一種基于轉(zhuǎn)臺(tái)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集與三維建模的方法另一具體實(shí)施例的流程圖；

圖4為基于轉(zhuǎn)臺(tái)的建模系統(tǒng)對(duì)物體進(jìn)行建模的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖5為結(jié)合轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)矩陣確定的示意圖；

圖6為本發(fā)明一種基于轉(zhuǎn)臺(tái)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集與三維建模的裝置一具體實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖7為本發(fā)明一種基于轉(zhuǎn)臺(tái)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集與三維建模的裝置另一具體實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖8為本發(fā)明一種基于轉(zhuǎn)臺(tái)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集與三維建模的裝置中初始矩陣獲取模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的基于轉(zhuǎn)臺(tái)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集與三維建模的方法及裝置的具體實(shí)施方式進(jìn)行說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明的方法通過相機(jī)陣列對(duì)放置在電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)上的物品進(jìn)行三維建模。通過上位機(jī)(計(jì)算機(jī))控制電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)并對(duì)相機(jī)拍照進(jìn)行控制。并對(duì)相機(jī)陣列中所有相機(jī)拍攝的照片進(jìn)行處理，構(gòu)建轉(zhuǎn)臺(tái)上的物品的三維模型。

一具體實(shí)施例的基于轉(zhuǎn)臺(tái)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集與三維建模的方法，如圖1所示，方法包括以下步驟：

S100，獲取相機(jī)陣列中各相機(jī)相對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心的初始投影矩陣。

本步驟是進(jìn)行后續(xù)相機(jī)拍攝圖片處理，并進(jìn)行三維建模的必須步驟。確定相機(jī)和轉(zhuǎn)臺(tái)之間的位姿關(guān)系。但是對(duì)于相機(jī)陣列中相機(jī)和轉(zhuǎn)臺(tái)之間的位姿關(guān)系。在相機(jī)陣列與轉(zhuǎn)臺(tái)不發(fā)生位置關(guān)系變動(dòng)時(shí)，相機(jī)陣列和轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)只需要進(jìn)行一次標(biāo)定。并將標(biāo)定結(jié)果存儲(chǔ)到上位機(jī)中，在進(jìn)行物體的三維建模時(shí)，只需讀取已經(jīng)存儲(chǔ)的相機(jī)陣列中各相機(jī)與轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心的初始投影矩陣即可。且一般相機(jī)陣列中會(huì)包含兩個(gè)以上相機(jī)，也即相機(jī)陣列中相機(jī)的數(shù)量會(huì)大于等于2個(gè)。

當(dāng)然，如果每次進(jìn)行物體三維建模需要對(duì)相機(jī)陣列系統(tǒng)位置等進(jìn)行調(diào)整，則最好是每次都對(duì)相機(jī)與轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行標(biāo)定，確定相機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心的初始投影矩陣。如為了更準(zhǔn)確的對(duì)物體進(jìn)行三維建模，可將所要進(jìn)行三維建模的物體放置到轉(zhuǎn)臺(tái)上，并調(diào)整相機(jī)陣列相對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的距離及各相機(jī)焦距，保證所進(jìn)行三維建模的物品能在相機(jī)陣列的各相機(jī)中清晰完整成像。

對(duì)于初始投影矩陣的確定，在轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)置至少一個(gè)隨轉(zhuǎn)臺(tái)一起轉(zhuǎn)動(dòng)的標(biāo)定棋盤，并通過以下步驟進(jìn)行：

S110，控制轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，相機(jī)陣列中每個(gè)相機(jī)從兩個(gè)以上方位分別獲取標(biāo)定棋盤的拍攝圖片。本實(shí)施例的方法中，為通過標(biāo)定棋盤確定相機(jī)與轉(zhuǎn)臺(tái)之間的位姿關(guān)系，需要從多個(gè)角度拍攝多張標(biāo)定棋盤的拍攝圖片。其中對(duì)電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的控制可與對(duì)相機(jī)的控制同步進(jìn)行，也可單獨(dú)對(duì)電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)控制。而對(duì)于電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度可以進(jìn)行記錄，用于在根據(jù)拍攝圖片中的標(biāo)定棋盤進(jìn)行相機(jī)與棋盤及相機(jī)與電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)之間的位置關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，起輔助的作用。但是也可以不對(duì)電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度進(jìn)行記錄，只根據(jù)拍攝的多個(gè)角度的拍攝圖片進(jìn)行相機(jī)與電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)之間的位置關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定。

另外還需要說明的是，為了根據(jù)拍攝圖片中的標(biāo)定棋盤確定相機(jī)與電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)之間的位置關(guān)系，本實(shí)施例中至少設(shè)置一個(gè)不與電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的臺(tái)面垂直的標(biāo)定棋盤。而且也可以只設(shè)置一個(gè)能夠被所有相機(jī)拍攝到的標(biāo)定棋盤，而且該標(biāo)定棋盤不與電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的臺(tái)面垂直。在后續(xù)位姿標(biāo)定過程中只根據(jù)拍攝圖片中該標(biāo)定棋盤的位置確定多個(gè)相機(jī)之間的位置關(guān)系及相機(jī)與電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)之間的關(guān)系。而在其他實(shí)施例中，也可以設(shè)置兩個(gè)以上標(biāo)定棋盤，其中至少一個(gè)能夠被相機(jī)陣列中的所有相機(jī)拍攝到，用于確定相機(jī)之間的位置關(guān)系。且至少一個(gè)不垂直于電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面的標(biāo)定棋盤能夠被相機(jī)陣列中的一個(gè)相機(jī)拍攝到，用于確定該相機(jī)與電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)之間的位置關(guān)系。

而具體要拍攝的拍攝圖片的數(shù)量及拍攝的方位，可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，為了達(dá)到更精確的轉(zhuǎn)臺(tái)及相機(jī)的標(biāo)定，可進(jìn)行盡量多方位的圖片拍攝，如可以進(jìn)行8方位或者更多方位的拍攝圖片。當(dāng)然，也可以只進(jìn)行兩個(gè)方位圖片的拍攝。

S120，根據(jù)拍攝圖片確定各相機(jī)與標(biāo)定棋盤之間的位置關(guān)系及相機(jī)之間的位置關(guān)系。

結(jié)合前面的描述，本步驟中，如果標(biāo)定棋盤只有一個(gè)，則根據(jù)從多個(gè)方位拍攝的拍攝圖片，確定相機(jī)與標(biāo)定棋盤之間的位置關(guān)系，并根據(jù)每臺(tái)相機(jī)與該標(biāo)定棋盤之間的位置關(guān)系確定多個(gè)相機(jī)之間的位置關(guān)系。

而標(biāo)定棋盤不為一時(shí)，可選擇其中一個(gè)相機(jī)作為初始位置相機(jī)，確定該相機(jī)與某一個(gè)標(biāo)定棋盤之間的位置關(guān)系。而進(jìn)一步可結(jié)合另一標(biāo)定棋盤確定其他相機(jī)與前述相機(jī)之間的位置關(guān)系。后續(xù)可為確定的這些位置關(guān)系進(jìn)行進(jìn)一步分析，最終標(biāo)定各相機(jī)與電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)之間的位姿關(guān)系。

S130，通過兩個(gè)以上拍攝圖片及標(biāo)定棋盤確定的三維世界坐標(biāo)系，確定轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心。

本步驟中，所確定的轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心是基于標(biāo)定棋盤的三維世界坐標(biāo)系的，其中，當(dāng)在電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)上只設(shè)置一個(gè)標(biāo)定棋盤時(shí)，該轉(zhuǎn)動(dòng)中心基于該唯一的標(biāo)定棋盤確定，而當(dāng)電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)置兩個(gè)以上標(biāo)定棋盤時(shí)，本步驟中基于的標(biāo)定棋盤為步驟S200中選定的初始位置相機(jī)所對(duì)應(yīng)的相機(jī)與標(biāo)定棋盤位置關(guān)系中的標(biāo)定棋盤。而且本步驟最終確定的轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心為基于世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)動(dòng)中心。

S140，通過相機(jī)與標(biāo)定棋盤之間的位置關(guān)系、相機(jī)之間的位置關(guān)系及轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心確定相機(jī)與轉(zhuǎn)臺(tái)之間的位姿關(guān)系。

結(jié)合標(biāo)定棋盤最終確定了轉(zhuǎn)臺(tái)中心，由此也能確定轉(zhuǎn)臺(tái)中心與標(biāo)定棋盤確定的三維世界坐標(biāo)系的位置關(guān)系，再結(jié)合相機(jī)與標(biāo)定棋盤之間的位置關(guān)系，能夠最終確定相機(jī)與轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心之間的位置關(guān)系，即確定了相機(jī)與轉(zhuǎn)臺(tái)之間的位姿關(guān)系。再進(jìn)一步的，因?yàn)橥ㄟ^拍攝圖片確定了相機(jī)陣列中各相機(jī)之間的位置關(guān)系，從而可以確定各相機(jī)與轉(zhuǎn)臺(tái)之間的位置關(guān)系。實(shí)現(xiàn)過程簡(jiǎn)單，需要的硬件設(shè)備成本低，且安裝簡(jiǎn)便。而且通過多方位圖片拍攝輔助計(jì)算機(jī)高精度圖像處理，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度相機(jī)與電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)位姿關(guān)系標(biāo)定。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，如圖2所示，在轉(zhuǎn)臺(tái)200上設(shè)置兩個(gè)標(biāo)定棋盤，一個(gè)水平標(biāo)定棋盤002和一個(gè)豎直標(biāo)定棋盤001。水平標(biāo)定棋盤002與轉(zhuǎn)臺(tái)之間的夾角小于90度，最好是貼近0度。在時(shí)間安裝過程中，可使水平標(biāo)定棋盤002與電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的臺(tái)面相貼合。而且水平標(biāo)定棋盤能夠被至少一個(gè)相機(jī)拍攝到，用于確定該初始位置相機(jī)與水平標(biāo)定棋盤之間的位置關(guān)系。豎直標(biāo)定棋盤3-1能夠被相機(jī)陣列中的所有相機(jī)拍攝到，用于確定各相機(jī)之間的位置關(guān)系，尤其是確定相機(jī)陣列中其他相機(jī)與所述初始位置相機(jī)之間的位置關(guān)系。

且在一具體實(shí)例中，設(shè)置用于標(biāo)定各相機(jī)之間位置關(guān)系的豎直標(biāo)定棋盤001與電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的臺(tái)面相垂直，即豎直標(biāo)定棋盤001與轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面成90度角。該設(shè)置能夠大大降低后續(xù)圖像處理的難度，便于通過圖片確定相機(jī)之間的位置關(guān)系，提高圖像處理即位置關(guān)系確定效率。

在設(shè)置標(biāo)定棋盤時(shí)，調(diào)整相機(jī)的光心方向以正對(duì)旋轉(zhuǎn)棋盤。適當(dāng)調(diào)節(jié)相機(jī)相應(yīng)的焦距，使轉(zhuǎn)臺(tái)能在各相機(jī)下均能清晰成像，并盡量充分的覆蓋整個(gè)圖像平面。將立體標(biāo)定板(標(biāo)定棋盤)放置在轉(zhuǎn)臺(tái)上，將棋盤平面方向盡量朝向陣列相機(jī)所在方向，手動(dòng)調(diào)整其相應(yīng)的位置，保證相機(jī)3-1能同時(shí)清晰看到水平標(biāo)定棋盤面和豎直標(biāo)定棋盤面，且相機(jī)3-1相對(duì)水平標(biāo)定棋盤視角傾斜不能太大，以保證后續(xù)棋盤角點(diǎn)的準(zhǔn)確識(shí)別和提取。同時(shí)要保證相機(jī)陣列中的其他相機(jī)能清晰看到豎直標(biāo)定棋盤面。然后利用轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)和相機(jī)的抓拍功能，在轉(zhuǎn)臺(tái)每轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度時(shí)，兩相機(jī)進(jìn)行同步抓拍標(biāo)定圖像。

更具體的，作為一種可實(shí)施方式，在進(jìn)行圖片拍攝時(shí)，控制轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，分別從轉(zhuǎn)臺(tái)的8個(gè)不同角度同步抓拍獲取拍攝圖像，并保證獲取的所有8幅圖像中，相機(jī)3-1均能清晰看到水平和豎直標(biāo)定棋盤角點(diǎn)，其他相機(jī)能清晰看到豎直標(biāo)定棋盤角點(diǎn)。從而能標(biāo)定相機(jī)陣列中所有相機(jī)與轉(zhuǎn)臺(tái)之間的位姿關(guān)系，確定相機(jī)相對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心的初始投影矩陣

獲取到相機(jī)的初始投影矩陣后，則將需要建模的物體放到電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的臺(tái)面上，使物體隨轉(zhuǎn)臺(tái)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并繼續(xù)執(zhí)行步驟S200。

S200，控制轉(zhuǎn)臺(tái)圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)中心轉(zhuǎn)動(dòng)多個(gè)角度，并在每一轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲取相機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)投影矩陣和物品的轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝圖片。

進(jìn)行物體建模時(shí)，控制轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度都控制相機(jī)進(jìn)行拍照，獲取該角度上的轉(zhuǎn)動(dòng)投影矩陣以及該角度上物品的轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝圖片。而且，為了進(jìn)行物品的精確三維建模，最好從3個(gè)以上轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲取相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)投影矩陣及轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝圖片。且所拍攝的轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝圖片應(yīng)該能夠覆蓋所建模物品的各方向。

具體的拍攝角度的數(shù)量可以根據(jù)需求及上位機(jī)(計(jì)算機(jī))的處理效率決定。較佳的，可進(jìn)行8個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝圖片，并進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)投影矩陣確定。

具體的，在對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)控制時(shí)對(duì)每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)角度進(jìn)行記錄，結(jié)合初始投影矩陣及轉(zhuǎn)動(dòng)的角度進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)投影矩陣的計(jì)算，并控制相機(jī)獲取該角度下的轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝圖片。

S300，根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)投影矩陣和轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝圖片利用SIFT特征進(jìn)行三維建模，得到物品的三維模型。

在各個(gè)角度獲取所要建模的物品的轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝圖片后，根據(jù)所有拍攝的圖片及對(duì)應(yīng)圖片的轉(zhuǎn)動(dòng)投影矩陣對(duì)物品進(jìn)行三維建模。

本實(shí)施例的基于轉(zhuǎn)臺(tái)的三維建模的方法，結(jié)合精確的轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角度確定該角度下相機(jī)相對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)投影矩陣，并針對(duì)各角度物品圖片進(jìn)行三維建模，由于精確轉(zhuǎn)動(dòng)角度的利用，減低了SIFT特征提取對(duì)物品紋理特征的依賴。能夠采用該方法對(duì)弱紋理特性的物品進(jìn)行有效三維建模。

如圖3所示，在另一實(shí)施例的基于轉(zhuǎn)臺(tái)的三維建模的方法，除包含前述步驟S100～S300外，還包括以下步驟。

S400，根據(jù)建模所得三維點(diǎn)云和轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝圖片之間的紋理圖像對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)物品的三維模型進(jìn)行處理，得到物品的真彩三維模型。

在不同轉(zhuǎn)角位置下獲取相機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)投影矩陣后，結(jié)合該位置下得到的投影拍攝圖片，即可利用SIFT特征檢測(cè)找到匹配點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)類SFM的三維重建，并進(jìn)行準(zhǔn)確的紋理映射，最終生成真彩的三維模型。

在一具體實(shí)例中，為了三維建模效果更好，如圖4所示，相機(jī)陣列中包含3臺(tái)相機(jī)，分別為3-1，3-2和3-3，并在轉(zhuǎn)臺(tái)200遠(yuǎn)離相機(jī)陣列的一側(cè)設(shè)置純色的拍攝背景板400。并且在進(jìn)行轉(zhuǎn)臺(tái)200的轉(zhuǎn)動(dòng)控制時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)200圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)中心在轉(zhuǎn)動(dòng)圓周360度范圍內(nèi)以一固定角度為步長(zhǎng)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，即任意兩個(gè)相鄰的轉(zhuǎn)動(dòng)角度之間的夾角相等，從而便于后續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)投影矩陣的計(jì)算。

進(jìn)行初始投影矩陣及轉(zhuǎn)動(dòng)投影矩陣計(jì)算時(shí)，在轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面上設(shè)置一個(gè)豎直標(biāo)定棋盤和一個(gè)水平標(biāo)定棋盤，過程如圖5所示，通過上述三相機(jī)(相機(jī)3-1，相機(jī)3-2和相機(jī)3-3)獲取的棋盤垂直標(biāo)定圖像，運(yùn)用張正友的平面棋盤標(biāo)定方法，同時(shí)標(biāo)定出三相機(jī)的內(nèi)參數(shù)K_3-1，K_3-2，K_3-3，以及上相機(jī)3-1相對(duì)中相機(jī)3-2和下相機(jī)3-3間的相互位姿關(guān)系[R₁₂ T₁₂]，[R₁₃T₁₃]。

利用上相機(jī)3-1對(duì)水平棋盤平面的可視性，標(biāo)定出水平棋盤和上相機(jī)3-1間的位置關(guān)系，然后通過水平棋盤隨轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)，得到棋盤精密轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)中心O_c。并最終得到上相機(jī)3-1相對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)中心的投影矩陣[R₁' T₁']。然后利用三相機(jī)彼此間的位置關(guān)系[R₁₂T₁₂]，[R₁₃ T₁₃]，進(jìn)而可以得到中相機(jī)3-2和下相機(jī)3-3相對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)中心的變換關(guān)系[R₂' T₂']和[R₃' T₃']。

由已知的內(nèi)參數(shù)和外參數(shù)，可以得到該位置下三相機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)中心世界坐標(biāo)系的初始投影矩陣分別為是：相機(jī)3-1投影矩陣：P_3-1⁰＝K_3-1[R₁' T₁']；相機(jī)3-2投影矩陣P_3-2⁰＝K_3-2[R₂' T₂']；相機(jī)3-3投影矩陣P_3-3⁰＝K_3-3[R₃' T₃']。

當(dāng)精密轉(zhuǎn)臺(tái)繞其中心坐標(biāo)系W_c的Z軸以每隔θ角度旋轉(zhuǎn)時(shí)，從相對(duì)運(yùn)動(dòng)的角度，可以認(rèn)為是相機(jī)繞轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)軸為中心進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，由轉(zhuǎn)角θ得到旋轉(zhuǎn)變換矩陣為

在轉(zhuǎn)臺(tái)以轉(zhuǎn)角θ為步長(zhǎng)進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以得到一系列不同轉(zhuǎn)角位置θ,2θ,…,nθ，n為轉(zhuǎn)動(dòng)角度的數(shù)量。進(jìn)而可以得到所有位置下對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)變換矩陣R_2θ＝R_θ·R_θ，R_3θ＝R_θ·R_θ·R_θ，

在相機(jī)繞轉(zhuǎn)臺(tái)中心做旋轉(zhuǎn)時(shí)，可由上述旋轉(zhuǎn)矩陣，得到相機(jī)不同轉(zhuǎn)角下對(duì)應(yīng)的投影矩陣。如上相機(jī)3-1的一系列投影矩陣為：P_3-1⁰＝K_3-1[R₁' T₁']，P_3-1¹＝K_3-1[R₁'·R_θ T₁']，P_3-1²＝K_3-1[R₁'·R_2θ T₁']，…，P_3-1ⁿ＝K_3-1[R₁'·R_nθ T₁']。

同理可以得到不同位置中相機(jī)3-2的系列投影矩陣P_3-2¹＝K_3-2[R₂'·R_θ T₂']，P_3-2²＝K_3-2[R₂'·R_2θ T₂']…P_3-2ⁿ＝K_3-3[R₂'·R_nθ T₂']；以及下相機(jī)3-3的系列投影矩陣P_3-3⁰＝K_3-3[R₃' T₃']，P_3-3¹＝K_3-3[R₃'·R_θ T₃']，P_3-3²＝K_3-3[R₃'·R_2θ T₃']…P_3-3ⁿ＝K_3-3[R₃'·R_nθ T₃']。

在每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)角度都控制相機(jī)對(duì)物體進(jìn)行拍照。作為一種可實(shí)施方式，控制相機(jī)陣列中的每臺(tái)相機(jī)各對(duì)所建模物體拍攝50幅轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝圖片。

后續(xù)根據(jù)各相機(jī)在不同轉(zhuǎn)動(dòng)角度的轉(zhuǎn)動(dòng)投影矩陣及對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝圖片進(jìn)行物體的三維建模。

另外需要說明的是，在轉(zhuǎn)臺(tái)的初始位置，也可以進(jìn)行物體的圖片拍攝，并作為轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝圖片之一。

基于同一發(fā)明構(gòu)思，還提供一種基于轉(zhuǎn)臺(tái)的三維建模的裝置，由于此裝置解決問題的原理與前述一種基于轉(zhuǎn)臺(tái)的三維建模的方法相似，因此，該裝置的實(shí)施可以按照前述方法的具體步驟實(shí)現(xiàn)，重復(fù)之處不再贅述。

該裝置用于通過相機(jī)陣列對(duì)放置在轉(zhuǎn)臺(tái)上的物品進(jìn)行三維建模，如圖6所示，其中一個(gè)實(shí)施例的基于轉(zhuǎn)臺(tái)的三維建模的裝置包括：初始矩陣獲取模塊100、轉(zhuǎn)動(dòng)控制模塊200及三維建模模塊300。其中，所述初始矩陣獲取模塊100，用于獲取相機(jī)陣列中各相機(jī)相對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心的初始投影矩陣；所述轉(zhuǎn)動(dòng)控制模塊200，用于控制轉(zhuǎn)臺(tái)圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)中心轉(zhuǎn)動(dòng)多個(gè)角度，并在每一轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲取相機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)投影矩陣和物品的轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝圖片；所述三維建模模塊300，用于根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)投影矩陣和轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝圖片利用SIFT特征進(jìn)行三維建模，得到物品的三維模型。且進(jìn)行三維建模時(shí)所使用系統(tǒng)的相機(jī)陣列中包含兩個(gè)以上的相機(jī)。

且較佳的，在相機(jī)陣列中設(shè)置3個(gè)相機(jī)。

該裝置通過借助于精密的轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)角信息，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)物體的自動(dòng)、準(zhǔn)確三維重建。其弱化了圖像紋理的要求，而且避免了傳統(tǒng)基于圖像三維重建過程中利用圖像特征估算相機(jī)內(nèi)外參數(shù)的不穩(wěn)定性，而且能同時(shí)利用三相機(jī)收集多個(gè)不同角度下建模目標(biāo)的圖片，提取真實(shí)尺度，具有速度快、針對(duì)性強(qiáng)、成本低、精度高、拼接積累誤差小的特點(diǎn)。

如圖7所示，其中一個(gè)實(shí)施例的基于轉(zhuǎn)臺(tái)的三維建模的裝置，除包含前面實(shí)施例所述的初始矩陣獲取模塊100、轉(zhuǎn)動(dòng)控制模塊200及三維建模模塊300外，還包括紋理處理模塊400，用于根據(jù)建模所得三維點(diǎn)云和轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝圖片之間的紋理圖像對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)物品的三維模型進(jìn)行處理，得到物品的真彩三維模型。自動(dòng)進(jìn)行表面紋理色彩特征的映射。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，在進(jìn)行三維建模時(shí)，在轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)置至少一個(gè)隨轉(zhuǎn)臺(tái)一起轉(zhuǎn)動(dòng)的標(biāo)定棋盤，用于建立初始投影矩陣，具體的，如圖8所示，初始矩陣獲取模塊100包括圖片拍攝控制子模塊110、位置關(guān)系確定子模塊120、轉(zhuǎn)動(dòng)中心確定子模塊130及位置標(biāo)定子模塊140。其中，所述圖片拍攝控制子模塊110，用于控制相機(jī)從兩個(gè)以上方位分別獲取標(biāo)定棋盤的拍攝圖片；所述位置關(guān)系確定子模塊120，用于根據(jù)拍攝圖片確定相機(jī)與標(biāo)定棋盤之間的位置關(guān)系及相機(jī)之間的位置關(guān)系；所述轉(zhuǎn)動(dòng)中心確定子模塊130，用于通過兩個(gè)以上拍攝圖片及標(biāo)定棋盤的三維世界坐標(biāo)系，確定轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心；所述位置標(biāo)定子模塊140，用于通過相機(jī)與標(biāo)定棋盤之間的位置關(guān)系、相機(jī)之間的位置關(guān)系及轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心確定相機(jī)相對(duì)所述轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心的初始投影矩陣。

這種相機(jī)與轉(zhuǎn)臺(tái)的位置關(guān)系標(biāo)定方法采用最低的硬件成本實(shí)現(xiàn)對(duì)相機(jī)—轉(zhuǎn)臺(tái)之間的精確標(biāo)定。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分流程可以通過計(jì)算機(jī)程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，可包括如上述各方法的實(shí)施例的流程。其中，所述的存儲(chǔ)介質(zhì)可為磁碟、光盤、只讀存儲(chǔ)記憶體(Read-Only Memory，ROM)或隨機(jī)存儲(chǔ)記憶體(Random Access Memory，RAM)等。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。