纹理缺乏的旋转体的三维重建方法

摘要

近几年随着近景摄影测量的发展，把物体从二维图像重建成三维模型的应用越来越广泛了。用摄影测量的方法进行物体的三维重建，关键的难点在于纹理特征的提取匹配和模型构网。特别是当物体的纹理不清晰或者根本缺乏纹理的时候，其三维重建几乎不可能实现。本文针对三维建模的难点和上述问题，提出了一种有效的重建方法。那就是利用投影器-数码相机系统来完成物体的三维重建。投影器-数码相机系统是由一部数码相机、一架投影器、一个控制场和一台计算机组成的。计算机可以控制其它三个设备，实现投影和照相的自动化，从而提高整个系统的效率。投影器可以给物体提供清晰、稳定的纹理特征，这种纹理特征的提取和匹配相对容易实现。数码相机主要用于采集二维图像数据和物体的真实纹理。具体方法如下：把物体放入控制场，建立坐标系；设计所投的纹理，用投影器把这些纹理投影到物体的表面，形成纹理特征；用数码相机拍摄有投影纹理的物体图像，作为数据源；从不同角度，重复投影和拍摄过程，使所投纹理可以覆盖整个物体的表面。对于每一个在物体表面的所投的纹理特征来说，都存在两个像。一个是投影器所投的纹理的设计值，一个是从数码相机拍摄的图像的提取值。因此，当投影器和数码相机分别进行检校后，整个投影器-数码相机系统就相当于一种双目视觉系统。通过空间前交的方法，可以算出每个所投纹理特征的空间坐标。把这些空间特征相连，进行构网建模，从而完成物体的三维重建。根据不同的物体，投影器和数码相机的位置可以调整远近，所投纹理的设计也可以不同，增加了该方法的灵活性和适用性。由于该方法几乎不受时间和空间的影响，增加了其实用性和稳定性。同时，投影器和数码相机的使用是非接触性的，该方法可以对高危物体进行三维重建，比如：高温铁块。最后，对该方法进行了实际物体的试验，实验物体是一个部分有花纹的杯子，所投纹理设计成了直线，共从四个方向进行了拍摄图像。对重建的模型进行了量测，其精度达到了近景摄影测量的需求。实验的数据结果验证了该方法的可行性和正确性。