一种考虑天顶方向的视觉三维重建装置

1.本实用新型涉及三维重建技术领域，具体涉及一种用于进行视觉三维重建的装置。


背景技术：

2.三维重建是对三维物体建立适合计算机表示和处理的数学模型的过程，是在计算机环境下对三维物体进行处理、操作和性质分析的基础，也是在计算机中建立表达客观世界的虚拟现实的关键技术。三维重建技术的重点在于如何获取目标场景或物体的深度信息。在景物深度信息已知的条件下，只需要经过点云数据的配准及融合，即可实现景物的三维重建，基于三维重建模型的深层次应用研究也可以随即展开。
3.三维重建依赖的三维数据由相应的数据获取装置获取，数据获取装置的设计将直接影响三维数据的测量获取及三维表达的复杂程度及自动化程度，尤其是针对结构复杂的物体，数据获取装置的设计至关重要。
4.通过现有技术检索，存在以下已知的技术方案：
5.现有技术1：
6.郑顺义.基于非量测相机的复杂物体三维重建[j]武汉大学学报(信息科学版),2008,(05):446-449.
[0007]
该现有技术提出了一种旋转平台加三脚架的三维重建方案，该方案的旋转平台由一个平面格网板和一个能够驱动平板旋转的步进电机组成，将被测物体放在平面格网板上，获取被测物体影像，一般是旋转平台每旋转一定角度就获取一张影像，每次旋转的角度只需提前设定好即可由计算机自动控制旋转平台旋转和相机曝光，从而自动地获取影像序列。
[0008]
但该技术方案存在一定的局限性，采集影像时，其相机相对于旋转平台的角度不可变，也不易获取物体天顶方向的影像，不利于复杂物体三维重建的进行。
[0009]
现有技术2：
[0010]
申请号：cn202122455114.3，申请日：2021.10.12，公开(公告)日：2022.02.11，该现有技术涉及一种基于移动端的视觉三维重建装置，包括放置板、基座、传输线、第一立柱、第一滑套、滑槽、第二滑套、第二立柱和螺柱，基座上表面设置有放置板，基座上表面边缘处开设有呈圆形阵列分布的嵌合槽，基座内部安装有伺服马达，伺服马达一侧安装有控制器，基座一侧安装有第二立柱，第二立柱内部滑动安装有第二滑套，第二滑套上表面焊接有第一立柱，第一立柱内部滑动安装有第一滑套，第一滑套一侧表面焊接有连接管，连接管一端安装有相机，传输线与控制器相连接。本实用新型可驱动放置板转动，相机可对构件进行全方位图像采集，便于进行三维重建的图像采集。
[0011]
但该现有技术不易获取物体天顶方向的影像，不利于复杂物体三维重建的进行。
[0012]
通过以上的检索发现，现有技术对物体进行图像采集过程中，物体天顶方向的图像采集较为困难，且在靠近物体天顶的区域，图像采集的均匀性不理想，导致物体三维重建
模型的准确性不足，特别不利于复杂结构物体三维重建的进行。以上技术方案没有影响本发明的新颖性。


技术实现要素：

[0013]
本实用新型正是为了避免上述现有技术所存在的不足之处，提供了一种考虑天顶方向的视觉三维重建装置。
[0014]
本实用新型为解决技术问题采用如下技术方案：一种考虑天顶方向的视觉三维重建装置，包括横向移动机构、纵向移动机构和竖向移动机构，所述横向移动机构、纵向移动机构和竖向移动机构的执行端分别输出沿横向、纵向及竖向的运动，且三者中两两空间垂直设置；
[0015]
所述横向移动机构、纵向移动机构和竖向移动机构中任一作为一级移动机构，另一作为二级移动机构，剩余一作为三级移动机构；一级滑台与所述一级移动机构安装连接，作为所述一级移动机构的执行端；所述二级移动机构与所述一级滑台固接，二级滑台与所述二级移动机构安装连接，作为所述二级移动机构的执行端；所述三级移动机构与所述二级滑台固接，滑动安装座与所述三级移动机构安装连接，作为所述三级级移动机构的执行端；还包括对应所述滑动安装座的位置设置的置物板，所述置物板通过连接梁与所述视觉三维重建装置的固定结构连接。
[0016]
进一步的，所述横向移动机构、竖向移动机构和纵向移动机构和分别作为一级移动机构、二级移动机构和三级移动机构，且分别为横向轨道、纵向轨道和竖向轨道；所述一级滑台连接固定至所述竖向轨道的底端，所述置物板位于所述滑动安装座下方。
[0017]
进一步的，所述横向轨道及所述竖向轨道的数量均为两个，两个所述横向轨道及两个所述竖向轨道平行设置；两个所述横向轨道分别滑动配合连接有一个一级滑台，两个所述一级滑台中任一为主动一级滑台，另一为从动一级滑台，两个所述竖向轨道分别与两个所述一级滑台固接；两个所述竖向轨道分别滑动配合连接有一个二级滑台，两个所述二级滑台中任一为主动二级滑台，另一为从动二级滑台，所述纵向轨道的两端分别与两个所述二级滑台固接。
[0018]
进一步的，还包括至少三个标志板，各所述标志板均设于图像采集装置视场内非边缘位置，且至少一个所述标志板与其余标志板在所述图像采集装置视场深度的方向上与所述图像采集装置的距离不同。
[0019]
进一步的，两个所述横向轨道的两端之间及两个所述竖向轨道的顶端之间连接固定有横梁。
[0020]
进一步的，所述连接梁位于两个所述横向轨道之间，与两个所述横向轨道平行设置，其两端分别焊接固定至对应的两个所述横梁的中点处。
[0021]
进一步的，所述主动一级滑台、主动二级滑台和滑动安装座中内置有用于驱动自身沿所述横向轨道、竖向轨道或纵向轨道移动的驱动机构。
[0022]
进一步的，所述标志板的数量为三个，包括两个端部标志板和一个中部标志板；两个所述横向轨道同一端的端部各设有一个端部标志板，所述中部标志板设于两个所述端部标志板之间，且两个所述端部标志板关于所述中部标志板对称。
[0023]
本实用新型提供了一种考虑天顶方向的视觉三维重建装置，具有以下有益效果：
[0024]
1、本实用新型通过横向移动机构、纵向移动机构和竖向移动机构实现滑动安装座空间内全方位移动的驱动，使滑动安装座上安装的图像采集装置能够对置物板上的物体进行包括天顶方向在内的全面均匀扫描，图像采集的均匀性好，物体三维重建模型的准确性高，适用于复杂结构物体三维重建；
[0025]
2、本实用新型的标志板可作为图像采集装置标定的参考坐标，进行物体三维重建时，可通过图像采集装置采集的标志板坐标对图像采集装置的成像参数(主要包括像主点在像平面坐标系中的实际坐标以及镜头的主距，市售绝大多数非量测型图像采集装置并不提供前述参数)进行反向确定，从而使市售的图像采集装置均可适用于本视觉三维重建装置，相较于定制参数已知的量测型图像采集装置，大大降低了视觉三维重建装置的制造成本；
[0026]
3、本实用新型的标志板还可进一步提高图像采集的准确性，进而提高物体三维重建模型的准确性，有利于三维重建的实际使用。
附图说明
[0027]
图1为本实用新型的结构示意图；
[0028]
图2为本实用新型的后视图。
[0029]
图中：
[0030]
1、横向移动机构；2、纵向移动机构；3、竖向移动机构；4、一级滑台；5、二级滑台；6、滑动安装座；7、置物板；8、标志板，81、端部标志板，82、中部标志板；91、连接梁，92、横梁。
具体实施方式
[0031]
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0032]
如图1～图2所示，其结构关系为：包括横向移动机构1、纵向移动机构2和竖向移动机构3，横向移动机构1、纵向移动机构2和竖向移动机构3的执行端分别输出沿横向、纵向及竖向的运动，且三者中两两空间垂直设置；
[0033]
横向移动机构1、纵向移动机构2和竖向移动机构3中任一作为一级移动机构，另一作为二级移动机构，剩余一作为三级移动机构；一级滑台4与一级移动机构安装连接，作为一级移动机构的执行端，与一级轨道形成沿一级轨道的移动副；二级移动机构与一级滑台4固接，二级滑台5与二级移动机构安装连接，作为二级移动机构的执行端，与二级轨道形成沿二级轨道的移动副；三级移动机构与二级滑台5固接，滑动安装座6与三级移动机构安装连接，作为三级级移动机构的执行端，与三级轨道形成沿三级轨道的移动副，图像采集装置安装固定于滑动安装座9上；还包括对应滑动安装座6的位置设置的置物板7，置物板7通过连接梁91与视觉三维重建装置的固定结构连接，置物板7用于放置待进行视觉三维重建的物体。
[0034]
优选的，横向移动机构1、竖向移动机构3和纵向移动机构2和分别作为一级移动机
构、二级移动机构和三级移动机构，且分别为横向轨道、纵向轨道和竖向轨道；一级滑台4连接固定至竖向轨道的底端，置物板7位于滑动安装座6下方。
[0035]
优选的，横向轨道及竖向轨道的数量均为两个，两个横向轨道及两个竖向轨道平行设置；两个横向轨道分别滑动配合连接有一个一级滑台4，两个一级滑台4中任一为主动一级滑台，另一为从动一级滑台，两个竖向轨道分别与两个一级滑台4固接；两个竖向轨道分别滑动配合连接有一个二级滑台5，两个二级滑台5中任一为主动二级滑台，另一为从动二级滑台，纵向轨道的两端分别与两个二级滑台5固接。
[0036]
优选的，还包括至少三个标志板8，各标志板8均设于图像采集装置视场内非边缘位置，且至少一个标志板8与其余标志板8在图像采集装置视场深度的方向上与图像采集装置的距离不同；标志板8可作为图像采集装置标定的参考坐标，以对图像采集装置的像主点在像平面坐标系中的实际坐标以及镜头的主距进行反向确定，进而以市售的前述参数未知的图像采集装置实现物体的三维重建。
[0037]
优选的，两个横向轨道的两端之间及两个竖向轨道的顶端之间连接固定有横梁92。
[0038]
优选的，连接梁91位于两个横向轨道之间，与两个横向轨道平行设置，其两端分别焊接固定至对应的两个横梁92的中点处。
[0039]
优选的，主动一级滑台、主动二级滑台和滑动安装座6中内置有用于驱动自身沿横向轨道、竖向轨道或纵向轨道移动的驱动机构。
[0040]
优选的，标志板8的数量为三个，包括两个端部标志板81和一个中部标志板82；两个横向轨道同一端的端部各设有一个端部标志板81，中部标志板82设于两个端部标志板81之间，且两个端部标志板81关于中部标志板82对称。
[0041]
具体使用时，包括以下过程：
[0042]
第一步，通过高精度全站型电子测距仪获取各标志板8的几何中心的三维坐标，作为图像采集装置标定的参考坐标；
[0043]
第二步，将图像采集装置安装至滑动安装座6上；
[0044]
图像采集装置可采用市售的非量测型广角数码相机；
[0045]
第三步，通过纵向移动机构2、竖向移动机构3及滑动安装座6带动图像采集装置移动，从不同角度对各标志板8进行拍摄；
[0046]
每次拍摄时，拍摄区域需覆盖至少三个标志板8，且各标志板8中至少一个与其余在图像采集装置视场深度的方向上与图像采集装置的距离不同；
[0047]
第四步，按照dlt法，根据图像采集装置拍摄的各图像及高精度全站型电子测距仪确定的各标志板8的几何中心的三维坐标组建共线条件方程，解算图像采集装置的内参数，完成图像采集装置标定；
[0048]
dlt法的具体实施参见challis j h,kerwin d g.accuracy assessment and control point configuration when using the dlt for phogrammetry[j].j biomech,1992,25(9):1053-1058.
[0049]
第五步，将待建模物体置于置物板7上，依照三维重建的要求，通过纵向移动机构2、竖向移动机构3及滑动安装座6带动图像采集装置移动，使图像采集装置在包括物体天顶方向在内的不同角度均匀地获取该物体的图像信息；
[0050]
第六步，将图像采集装置所获取的图像资料输入至计算机，并采用相应的重建软件对需建模物体进行三维重建，获得该物体的三维模型；
[0051]
实际建模时，重建软件可使用smart3d，重建方法可参见钱磊,张文超.基于smart3d的小物件三维建模技术及应用[j].河南科技,2018(28):14-16.
[0052]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0053]
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。