專利名稱：三維數(shù)字化測(cè)量中的一種顏色渲染方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)三維測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及三維數(shù)字化測(cè)量中的一種顏色渲染 方法。
背景技術(shù)：
常見(jiàn)的視覺(jué)測(cè)量技術(shù)主要包括結(jié)構(gòu)光視覺(jué)法、立體視覺(jué)法、相位光柵法和光影輪 廓法等。這些技術(shù)的發(fā)展和完善，推動(dòng)著三維數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展。三維數(shù)字化技術(shù)被廣 泛應(yīng)用于，如工業(yè)制造與設(shè)計(jì)、模具行業(yè)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、多媒體及虛擬現(xiàn)實(shí)、藝 術(shù)品數(shù)字化及制造、安防系統(tǒng)和醫(yī)療工程等各個(gè)領(lǐng)域。隨著三維數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的深入 應(yīng)用，在許多行業(yè)中，不僅要求獲得三維形貌數(shù)據(jù)，更需要獲取三維數(shù)據(jù)的顏色信息， 如動(dòng)畫設(shè)計(jì)、文物鑒賞、考古學(xué)和三維照相技術(shù)等。三維顏色信息獲取技術(shù)一般稱為 顏色渲染或彩色貼圖技術(shù)。含有顏色信息的三維模型可以更真實(shí)地將物體再現(xiàn)于計(jì)算機(jī) 屏幕，并更細(xì)致地展示三維細(xì)節(jié)信息。因此，三維數(shù)字化技術(shù)隨著顏色渲染技術(shù)的發(fā)展 將得到更廣泛的應(yīng)用。目前，在顏色渲染技術(shù)上己有相關(guān)研究，如美國(guó)Arius3D公司采用三色激光器投 射到物體上，根據(jù)各自的反射光強(qiáng)求解物體的顏色，并結(jié)合激光三角法得到的三維坐標(biāo)， 實(shí)現(xiàn)三維顏色渲染；專利200510015151. 5開(kāi)發(fā)了一種針對(duì)結(jié)構(gòu)光被動(dòng)掃描方式的顏色渲 染方法，提高了普通掃描線顏色渲染的效率，但因三維數(shù)據(jù)采隼系統(tǒng)和顏色渲染采用同 一個(gè)彩色攝像機(jī)，而一般的彩色攝像機(jī)的解析度較低、采集穩(wěn)定性不高，在進(jìn)行較遠(yuǎn)距 離的三維測(cè)量時(shí)，會(huì)因此出現(xiàn)大量三維噪聲信息；以上兩種顏色渲染方法適用于結(jié)構(gòu)光 視覺(jué)測(cè)量方法。加拿大Inspect公司采用相位光柵方法采集物體三維信息，然后拍攝二 維彩色照片進(jìn)行三維物體的紋理貼圖，這種方法的顏色渲染精度不好控制，易于發(fā)生貼 圖變形。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明鑒于目前顏色渲染方法的應(yīng)用缺點(diǎn)，提供一種應(yīng)用于三維數(shù)字化測(cè)量技術(shù)中 的較為通用、簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)、并且渲染精度較高的方法。這種方法可稱為雙攝像機(jī)顏色 渲染方法。為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案三維數(shù)字化測(cè)量中的一種顏色渲染方法，由視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)中的單色攝像機(jī)以及與其 相配合的視覺(jué)測(cè)量器件提取被測(cè)對(duì)象的空間三維坐標(biāo)，其特征在于，將另一臺(tái)彩色攝像機(jī)置于靠近視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)中的攝像機(jī)的位置，利用此臺(tái)彩色攝像機(jī)采集被測(cè)對(duì)象的顏色 信息，并為由視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)中的攝像機(jī)采集得到的空間三維坐標(biāo)匹配顏色信息，得到彩 色三維數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)三維數(shù)字化測(cè)量中顏色渲染。作為優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明按照以下步驟進(jìn)行三維數(shù)據(jù)的顏色渲染(1) 在視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)中的單色攝像機(jī)和彩色攝像機(jī)的公共視場(chǎng)內(nèi)，在任意6-9個(gè)位置 擺放平面靶標(biāo)，每次擺放時(shí)兩攝像機(jī)均采集靶標(biāo)圖像，并分別進(jìn)行圖像處理、提取靶標(biāo) 特征點(diǎn)，利用采集到的靶標(biāo)特征點(diǎn)，分別對(duì)兩攝像機(jī)進(jìn)行Zhang的攝像機(jī)標(biāo)定，得到兩 攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)矩陣(A)及鏡頭的徑向和切向四個(gè)畸變量，其中內(nèi)部參數(shù)矩陣(A) 由攝像機(jī)焦距《，/y和像面中心坐標(biāo)"。，R組成；(2) 以在該6-9個(gè)位置中的任意一個(gè)位置擺放的平面靶標(biāo)建立的坐標(biāo)系為世界坐標(biāo)， 建立兩個(gè)攝像機(jī)和世界坐標(biāo)系的位置轉(zhuǎn)換關(guān)系；(3) 由兩個(gè)攝像機(jī)和世界坐標(biāo)系的位置轉(zhuǎn)換關(guān)系，求解兩攝像機(jī)之間的位置關(guān)系R和 T，并建立像素匹配模型，<formula>formula see original document page 5</formula>其中"="-〃。》/&， /"，/yi為單色攝像機(jī)的有效焦距，(&， )為像面中心坐標(biāo)，("，W為單色攝像機(jī)的圖像上點(diǎn)A的理想坐標(biāo)；("2， K)為A對(duì)應(yīng)的彩色攝像機(jī)匹配點(diǎn)A的理想坐標(biāo)；<formula>formula see original document page 5</formula>R， T為兩攝像機(jī)之間的位置轉(zhuǎn)換系數(shù)；&=C。 + ^y。+r19z。+^， r17、 r18 、 r19、 t13為K和T\的部分元素，Rt和L為單色攝像機(jī)與世界坐標(biāo)系之間的位置關(guān)系轉(zhuǎn)換系數(shù)，(z。， y。， z。)為^點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 三維空間坐標(biāo)；(4) 利用視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行三維數(shù)字化測(cè)量，對(duì)于單色攝像機(jī)像面上的點(diǎn)，得到其三 維空間坐標(biāo)；(5) 對(duì)視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)的單色攝像機(jī)像面上的點(diǎn)進(jìn)行去畸變換，得到其對(duì)應(yīng)的理想像素 坐標(biāo)，將求解得到的單色攝像機(jī)對(duì)應(yīng)的理想像素坐標(biāo)，以及標(biāo)定得到參數(shù)代入到像素匹 配模型中，得到彩色攝像機(jī)對(duì)應(yīng)的理想匹配點(diǎn)；(6) 對(duì)彩色攝像機(jī)的理想匹配點(diǎn)進(jìn)行畸變處理，得到實(shí)際對(duì)應(yīng)的圖像坐標(biāo)；(7) 在彩色攝像機(jī)拍攝的彩色圖像中定位該實(shí)際圖像坐標(biāo)點(diǎn)，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的顏色數(shù)據(jù)即 為所述的三維空間坐標(biāo)點(diǎn)應(yīng)具有的顏色信息，從而得到完整的彩色三維數(shù)據(jù)。上述顏色渲染防腐中，可以采用循環(huán)逼近法對(duì)對(duì)視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)的單色攝像機(jī)像面上 的點(diǎn)進(jìn)行去畸變換。本發(fā)明提供的方法只要在現(xiàn)有視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)單改造，即添加一臺(tái)專門 進(jìn)行彩色信息獲取的彩色攝像機(jī)，然后進(jìn)行像素匹配標(biāo)定，就能實(shí)現(xiàn)較高精度的顏色渲 染，并且通過(guò)調(diào)整彩色攝像機(jī)鏡頭可適用于近距離和遠(yuǎn)距離測(cè)』


圖1本發(fā)明提供的雙攝像機(jī)顏色渲染方法所采用的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2本發(fā)明所采用的雙像素匹配原理示意圖； 圖3雙攝像機(jī)顏色渲染模型標(biāo)定示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明1計(jì)算機(jī)2彩色攝像機(jī) 3單色攝像機(jī) 5平面耙標(biāo)4三維具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳述。1. 雙攝像機(jī)顏色渲染法的系統(tǒng)構(gòu)成圖1是本發(fā)明提出的雙攝像機(jī)顏色渲染方法所采用的設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖，其中視覺(jué)測(cè)量 系統(tǒng)中的單色攝像機(jī)配合其他視覺(jué)測(cè)量器件負(fù)責(zé)空間三維坐標(biāo)"7, z)的提取，另外， 添加一臺(tái)彩色CCD攝像機(jī)專門負(fù)責(zé)采集R、 G、 B的24位信息，并為采集得到的三維坐標(biāo) 點(diǎn)正確匹配顏色信息，得到最終彩色三維數(shù)據(jù)"，y， z)-OP， G歷。為了能讓兩臺(tái)攝像 機(jī)獲取被測(cè)物相同角度的圖像，如圖1所示(1)盡量采用兩攝像機(jī)靠近的結(jié)構(gòu)，兩攝 像機(jī)的中心線之間有一個(gè)較小的夾角；(2)要保證彩色攝像機(jī)的視場(chǎng)涵蓋單色攝像機(jī)的 視場(chǎng)，這樣可以盡量多的獲取每個(gè)空間點(diǎn)的顏色信息，這樣就要根據(jù)單色攝像機(jī)的測(cè)量 視場(chǎng)選擇恰當(dāng)?shù)牟噬珨z像機(jī)鏡頭。2. 雙攝像機(jī)顏色渲染法像素匹配原理確定兩攝像機(jī)的像素匹配關(guān)系是進(jìn)行顏色渲染的關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)于己標(biāo)定好的三維測(cè) 量系統(tǒng)，在一次測(cè)量過(guò)程中，某測(cè)量點(diǎn)在單色攝像機(jī)像面上的理想坐標(biāo)為A("， K)，其 對(duì)應(yīng)于一個(gè)已知的世界坐標(biāo)點(diǎn)々U)， /。， z。)，如圖2所示。假設(shè)以下參數(shù)均為已知兩 攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)矩陣A和A2 (A為3x3矩陣)；兩者和世界坐標(biāo)系的位置轉(zhuǎn)換關(guān)系 ^和1\、 R2和T2 (R為3x3矩陣，描述剛性變換過(guò)程中的旋轉(zhuǎn)變換；T為3xl矢量，描述 剛性變換的平移變換)。對(duì)于單色攝像機(jī)，其滿足，<formula>formula see original document page 6</formula><formula>formula see original document page 7</formula>
'其中s為比例因子；/;，/;,為單色攝像機(jī)的有效焦距(以像素為單位)，("。,，k?！窞橄衩嬷行淖鴺?biāo)，zj為單色攝像機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)；&， r,2…^為旋轉(zhuǎn) 變換R的矩陣元素，&， &， &為旋轉(zhuǎn)變換1\的矢量元素。對(duì)于彩色攝像機(jī)，也有類似 的關(guān)系式。另外，由式(l)可得下式，其中k。臭。聯(lián)合兩攝像機(jī)和世界坐標(biāo)系之間的關(guān)系，可得兩攝像機(jī)之間的位置關(guān)系R和T為，(2)<formula>formula see original document page 7</formula>(3)聯(lián)合彩色攝像機(jī)滿足的類似于式(l)的關(guān)系式，以及式(2)、 (3)可得對(duì)應(yīng)于彩色攝像機(jī)的理想匹配點(diǎn)a("2， f2)，<formula>formula see original document page 7</formula>(4)<formula>formula see original document page 7</formula>其中w 附-附o 附'n 附w3 附4附7 附8附,,<formula>formula see original document page 7</formula>K=(rrd//^ r17、 r18 、 r19、 63為R和L的部分元素。把彩色攝像機(jī)采集圖像上的像 素點(diǎn)(仏，「2)對(duì)應(yīng)的顏色信息(r, g 6)賦予點(diǎn)p(局，凡z。)，從而實(shí)現(xiàn)顏色渲染。而 以上考慮的僅是理想攝像機(jī)模型，實(shí)際攝像機(jī)模型需要考慮鏡頭畸變， 一般需要考慮鏡 頭的徑向和切向四個(gè)畸變量A, A, a， a;考慮四個(gè)畸變量的畸變模型，即由理想像素 坐標(biāo)("，k)到實(shí)際像素坐標(biāo)(仏，W的轉(zhuǎn)換關(guān)系為，mrf = m + (" - w。
+ &2r2 + 2 / 2C7 + 2 + / 2《 vrf = v + (v - v。
+ V2 + 2ft" + 2#] + A《 (5)通過(guò)以上分析可知，只要兩攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)(包括畸變量)、兩者和世界坐標(biāo)系 的位置轉(zhuǎn)換關(guān)系只要確定，就能通過(guò)(4)和(5)式實(shí)現(xiàn)顏色渲染技術(shù)。而這些參數(shù)的確定 可以通過(guò)標(biāo)定過(guò)程實(shí)現(xiàn)。3.雙顏色渲染模型的標(biāo)定采用Zhang的攝像機(jī)標(biāo)定法(也稱為不確定視角的攝像機(jī)標(biāo)定法，具體過(guò)程參見(jiàn)文獻(xiàn)Zhang Zhengyou， A Flexible new technique for camera calibration, IEEE transactions on pattern analysis and machine intelligence 2000; 22(11): 1330-1334.)，同時(shí)對(duì)兩攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定。如圖3所示，擺放平面靶標(biāo)在二者的公共視 場(chǎng)內(nèi)若干位置(一般6-9個(gè)位置)，兩個(gè)攝像機(jī)采集每個(gè)位置的靶標(biāo)圖像，并通過(guò)圖像 處理方法提取靶標(biāo)特征點(diǎn)(具體處理過(guò)程參見(jiàn)專利申請(qǐng)200610014481.7)，采用Zhang 的攝像機(jī)標(biāo)定法分別對(duì)兩攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，得到各自的內(nèi)部參數(shù)矩陣和鏡頭畸變量A 和Aa， A2， Pu， A2和^， &，侮，/%2;同時(shí)得到每個(gè)平面靶標(biāo)和攝像機(jī)坐標(biāo)之間的 位置關(guān)系Ri和Ti。其中以第一個(gè)平面靶標(biāo)建立的坐標(biāo)系作為世界坐標(biāo)系，其中義和/分 別為靶標(biāo)面內(nèi)的橫向和豎向，z向垂直平面靶標(biāo)，并于z和y構(gòu)成右手坐標(biāo)系。則該位置靶標(biāo)和兩攝像機(jī)之間的位置關(guān)系，分別為兩攝像機(jī)和世界坐標(biāo)系的位置轉(zhuǎn)換關(guān)系R和L、 R2和Ta。從而實(shí)現(xiàn)雙顏色渲染模型的標(biāo)定。Open Source Computer Vision Library, 是Intel Corporation的開(kāi)源計(jì)算機(jī)視覺(jué) 庫(kù)，提供了圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)方面的很多通用算法，其中就包括zhang的攝像機(jī)標(biāo) 定方法，可以借助庫(kù)中提供的CalibrateCamera2函數(shù)，代入采集到的各個(gè)位置的靶標(biāo)特 征點(diǎn)進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定，開(kāi)放庫(kù)的下載地址為 http://sourceforge. net/projects/opencvlib:rary。4.具體實(shí)施步驟采用以下步驟對(duì)本發(fā)明的顏色渲染法進(jìn)行實(shí)施a) 建立雙顏色渲染方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即建立雙攝像機(jī)采集系統(tǒng)或在原來(lái)視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)中增添RGB24位彩色攝像機(jī)，其中單色攝像機(jī)和其他設(shè)備組建三維坐標(biāo)采集系統(tǒng)， 彩色攝像機(jī)專門負(fù)責(zé)彩色圖像采集，進(jìn)行顏色渲染。彩色攝像機(jī)和單色攝像機(jī)采取盡量 靠近的擺放方式，并采用適當(dāng)?shù)溺R頭保證彩色攝像機(jī)視場(chǎng)涵蓋單色攝像機(jī)；(2) 在單色和彩色攝像機(jī)的公共視場(chǎng)內(nèi)，任意擺放平面靶標(biāo)6-9個(gè)位置，每次擺 放時(shí)兩攝像機(jī)均采集耙標(biāo)圖像，并分別進(jìn)行圖像處理、提取靶標(biāo)特征點(diǎn)，利用采集到的 靶標(biāo)特征點(diǎn)，分別對(duì)兩攝像機(jī)進(jìn)行Zhang的攝像機(jī)標(biāo)定；并以第一次擺放的平面靶標(biāo)建立的坐標(biāo)系為世界坐標(biāo)，從而標(biāo)定出以下參數(shù)兩攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)矩陣和鏡頭畸變量 A,和A" &， A2,化，化和A，fe, A,, A2;兩攝像機(jī)和世界坐標(biāo)系的位置轉(zhuǎn)換關(guān)系R!和L、 R2和T2。(3) 以世界坐標(biāo)系為中間坐標(biāo)系，由兩攝像機(jī)和世界坐標(biāo)系的位置轉(zhuǎn)換關(guān)系，求 解兩攝像機(jī)之間的位置關(guān)系R = R2R-',， T二T「I^R"i;;(4) 使用單色攝像機(jī)建立的視覺(jué)測(cè)量采集系統(tǒng)進(jìn)行三維坐標(biāo)的測(cè)量，在一次測(cè)量過(guò)程中，單色攝像機(jī)像面上某點(diǎn)A(^， Kd,)可以得到其三維坐標(biāo)y。， Z。)；(5) 對(duì)單色攝像機(jī)像面上的點(diǎn)^)進(jìn)行去畸變換，得到其對(duì)應(yīng)的理想像素坐標(biāo)("，K》。由于畸變模型給出的是理想像素坐標(biāo)求解實(shí)際像素坐標(biāo)的公式，因此，去畸變換需要對(duì)畸變模型公式進(jìn)行反解，由于畸變模型為理想像素坐標(biāo)的高次方程，這里采用循環(huán)逼近法進(jìn)行求解。具體過(guò)程為假設(shè)循環(huán)開(kāi)始C/。<formula>formula see original document page 9</formula>;則第W步循環(huán)的結(jié)果可以用第i步結(jié)果表示為<formula>formula see original document page 9</formula> 圖像坐標(biāo)(^,^)可以計(jì)算如下，<formula>formula see original document page 9</formula> (7)代入到畸變模型公式求解畸變圖像坐標(biāo)(^,+，、,+1)，當(dāng)和初始畸變圖像坐標(biāo)(^,vj之差在精度要求范圍內(nèi)(例如小于0.1像素)時(shí)停止循環(huán)，最終得到的((,d)為理想 像素坐標(biāo)("，K》。(6) 將求解得到的單色攝像機(jī)對(duì)應(yīng)的理想像素坐標(biāo)(W, W，以及標(biāo)定得到參數(shù)代 入到雙攝像機(jī)顏色渲染方法的像素匹配模型中，得到彩色攝像機(jī)對(duì)應(yīng)的理想匹配點(diǎn)(化，(7) 將彩色攝像機(jī)的理想匹配點(diǎn)("2， W代入到彩色攝像機(jī)的畸變模型中，得到實(shí) 際對(duì)應(yīng)的圖像坐標(biāo)(z^， 在彩色攝像機(jī)拍攝的彩色圖像中定位("2， Kj坐標(biāo)點(diǎn)，該 點(diǎn)對(duì)應(yīng)的顏色數(shù)據(jù)(r。，幼，A)為三維坐標(biāo)點(diǎn)p(x。，凡z。)應(yīng)具有的顏色信息，從而得到 完整的三維數(shù)據(jù)"，凡，z。)_ (r。，幼，實(shí)現(xiàn)該點(diǎn)的顏色渲染；(8) 遍歷模型的每個(gè)測(cè)量點(diǎn)，均按照歩驟(4)-(7)進(jìn)行求解，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)測(cè)量模 型的顏色渲染過(guò)程。在實(shí)際試驗(yàn)中，首先驗(yàn)證了本發(fā)明顏色渲染模型的核心算法一一像素匹配算法的精 確性。首先，使用經(jīng)過(guò)標(biāo)定的兩攝像機(jī)分別采集某一位置的平面靶標(biāo)。提取兩攝像機(jī)采 集得到的耙標(biāo)特征點(diǎn)坐標(biāo)；使用單色攝像機(jī)采集到的靶標(biāo)特征點(diǎn)像素坐標(biāo)值和標(biāo)定參數(shù)， 計(jì)算得到彩色攝像機(jī)對(duì)應(yīng)的匹配像素坐標(biāo)，把這些值與彩色攝像機(jī)提取到的靶標(biāo)特征點(diǎn) 像素坐標(biāo)值進(jìn)fi^比對(duì)，得到像素距離偏差的最大值為0.368像素，最小值為0.007像素， 平均值為0. 136像素，均方差為0.072像素。從這些值可以看出雙顏色渲染的像素匹配 算法具有較高的精度，能夠滿足一般測(cè)量的需求。
權(quán)利要求
1.三維數(shù)字化測(cè)量中的一種顏色渲染方法，由視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)中的單色攝像機(jī)以及與其相配合的視覺(jué)測(cè)量器件提取被測(cè)對(duì)象的空間三維坐標(biāo)，其特征在于，將另一臺(tái)彩色攝像機(jī)置于靠近視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)中的攝像機(jī)的位置，利用此臺(tái)彩色攝像機(jī)采集被測(cè)對(duì)象的顏色信息，并為由視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)中的攝像機(jī)采集得到的空間三維坐標(biāo)匹配顏色信息，得到彩色三維數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)三維數(shù)字化測(cè)量中顏色渲染。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顏色渲染方法，其特征在于，按照以下歩驟進(jìn)行三維數(shù)據(jù)的顏色渲染-(1) 在視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)中的單色攝像機(jī)和彩色攝像機(jī)的公共視場(chǎng)內(nèi)，在任意6-9個(gè)位置 擺放平面靶標(biāo)，每次擺放時(shí)兩攝像機(jī)均采集靶標(biāo)圖像，并分別進(jìn)行圖像處理、提取靶標(biāo) 特征點(diǎn)，利用采集到的靶標(biāo)特征點(diǎn)，分別對(duì)兩攝像機(jī)進(jìn)行Zhang的攝像機(jī)標(biāo)定，得到兩 攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)矩陣(A)及鏡頭的徑向和切向四個(gè)畸變量，其中內(nèi)部參數(shù)矩陣(A) 由攝像機(jī)焦距《，《和像面中心坐標(biāo)"。，K組成；(2) 以在該6-9個(gè)位置中的任意一個(gè)位置擺放的平面靶標(biāo)建立的坐標(biāo)系為世界坐標(biāo)， 建立兩個(gè)攝像機(jī)和世界坐標(biāo)系的位置轉(zhuǎn)換關(guān)系；(3) 由兩個(gè)攝像機(jī)和世界坐標(biāo)系的位置轉(zhuǎn)換關(guān)系，求解兩攝像機(jī)之間的位置關(guān)系R和 T，并建立像素匹配模型， 74 + Zc| (ff^C^ +附2^ +附3 )m12+ZdO^t/, +附10^;+附 )附8 + Zc| (附5^/！ + /W6Fj +附7 )附12 + zcl OA+w10f;+w,!) 其中^=(^1?！?/;" /xl， /;,為單色攝像機(jī)的有效焦距，(&， k?！窞橄衩嬷行淖鴺?biāo)，("b d為單色攝像機(jī)的圖像上點(diǎn)A的理想坐標(biāo)；(化，K)為A對(duì)應(yīng)的'ff^ 附2 OT3 附4m5 w6w7 ot8、OT9 OT 712的位置轉(zhuǎn)換系數(shù)；ztl=cQ+。8_y。+r19z。+^， r17、 r18 、 r19、 t13為和T,的部分元素，R,和L為單色攝像機(jī)與世界坐標(biāo)系之間的位置關(guān)系轉(zhuǎn)換系數(shù)，(x。， y。， z。)為A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 三維空間坐標(biāo)；(4) 利用視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行三維數(shù)字化測(cè)量，對(duì)于單色攝像機(jī)像面上的點(diǎn)，得到其三 維空間坐標(biāo)；(5) 對(duì)視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)的單色攝像機(jī)像面上的點(diǎn)進(jìn)行去畸變換，得到其對(duì)應(yīng)的理想像素 坐標(biāo)，將求解得到的單色攝像機(jī)對(duì)應(yīng)的理想像素坐標(biāo)，以及標(biāo)定得到參數(shù)代入到像素匹 配模型中，得到彩色攝像機(jī)對(duì)應(yīng)的理想匹配點(diǎn)；(6) 對(duì)彩色攝像機(jī)的理想匹配點(diǎn)進(jìn)行畸變處理，得到實(shí)際對(duì)應(yīng)的圖像坐標(biāo)；<formula>formula see original document page 2</formula>彩色攝像機(jī)匹配點(diǎn)A的理想坐標(biāo);=A2* T)， R， T為兩攝像機(jī)之間(7)在彩色攝像機(jī)拍攝的彩色圖像中定位該實(shí)際圖像坐標(biāo)點(diǎn)，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的顏色數(shù)據(jù)即 為所述的三維空間坐標(biāo)點(diǎn)應(yīng)具有的顏色信息，從而得到完整的彩色三維數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顏色渲染方法，其特征在于，釆用循環(huán)逼近法對(duì)對(duì)視覺(jué)測(cè) 量系統(tǒng)的單色攝像機(jī)像面上的點(diǎn)進(jìn)行去畸變換。
全文摘要
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)三維測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及三維數(shù)字化測(cè)量中的一種顏色渲染方法，由視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)中的單色攝像機(jī)以及與其相配合的視覺(jué)測(cè)量器件提取被測(cè)對(duì)象的空間三維坐標(biāo)，其特征在于，將另一臺(tái)彩色攝像機(jī)置于靠近視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)中的攝像機(jī)的位置，利用此臺(tái)彩色攝像機(jī)采集被測(cè)對(duì)象的顏色信息，并為由視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)中的攝像機(jī)采集得到的空間三維坐標(biāo)匹配顏色信息，得到彩色三維數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)三維數(shù)字化測(cè)量中顏色渲染。本發(fā)明提到的方法只要在現(xiàn)有視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)單改造，即添加一臺(tái)專門進(jìn)行彩色信息獲取的彩色攝像機(jī)，然后進(jìn)行像素匹配標(biāo)定，就能實(shí)現(xiàn)較高精度的顏色渲染，并且通過(guò)調(diào)整彩色攝像機(jī)鏡頭可適用于近距離和遠(yuǎn)距離測(cè)量系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G01B11/02GK101221041SQ20081005224
公開(kāi)日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2008年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月2日
發(fā)明者張效棟 申請(qǐng)人:天津大學(xué)