一种通过颜色与形状组合匹配三维点云的设备与方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及三维扫描技术领域，特别涉及一种通过颜色与形状组合匹配三维点云 的设备与方法。
【背景技术】
[0002] 三维扫描技术最早应用于工业，因为行业特殊性，点云数据对三维精度要求较 高，但对颜色不敏感。针对工业设计的三维扫描设备获得的原始点云无色彩。
[0003] 随着三维技术在其他行业如文化、教育、医疗的兴起，对三维模型色彩也提出要 求，例如WRL格式的三维点云数据，每个数据就可以包括三维坐标和RGB色彩值。当前主流 技术为了顺应该需求，基于原来的技术另外添加彩色相机，在获得模型后进行贴图，属于后 期获得颜色。
[0004] 对于点云数据的拼接，工业上的方法是通过对扫描对象粘贴标识点的办法，但是 对于很多扫描对象如文物、人体等，难以通过该方法实现。因此出现了基于特征点识别和匹 配，得到旋转和平移矩阵后，对点云数据进行旋转平移完成拼接过程。
[0005] 问题在于：对于特征点提取，因为目前扫描得到的点云通常只有三维坐标，因此都 是通过曲率或法线变化获得，只与三维形状相关。那么对于一些三维形状变化不明显的物 体，极端如圆球、平面，无法获得特征点或有较大误差。
[0006] 三维点云模型的特征点主要包括两类，一类是模型本身固有的特征点，这类特征 点主要通过分析模型表面的集合特性来提取特点，例如曲率大小，点间法线变化等等。另一 类特征点是和人们看模型所关注的外形，轮廓等有关的点，是依赖视点的特征点，例如轮廓 点，提示性轮廓点等。目前特征点提取的主流方法为：利用曲率提取特征点、利用点间法线 变化提取特征点、提取视点相关的特征点。
[0007] 本发明人于的申请号为CN201310542302. 7的在先申请《一种三维重建方法》采用 光投射设备、光感应设备重建目标物体的三维模型；所述光投射设备将一图案投影至所述 目标物体上任一目标点，以形成投影点，所述光感应设备记录所述投影点以形成记录点，并 建立第三坐标系计算目标点在光感应设备平面的坐标系内的坐标。
[0008] 本发明的目的是要在通过该设备能同时获得三维坐标和色彩，从而可以找到更多 地特征点，基于更多地特征点可以解决一些当前无法解决的自动拼接问题。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是提供一种通过颜色与形状组合匹配三维点云的设备，能同时获得 三维坐标和色彩，从而可以找到更多的特征点。
[0010] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种通过颜色与形状组合匹配三维 点云的设备，包括固定平台、光感应装置、投影装置、计算机、转台，其中，所述固定平台用于 固定投影装置和光感应装置；所述投影装置固定于固定平台上，并连接计算机；所述转台 上放置需要扫描的物体，用于多面扫描后自动拼接。
[0011] 所述计算机与投影装置连接并按时序发送需要投影的光栅数据至投影装置，不同 焦距下的投影装置将这些光栅序列投影至转台或转台上的物体的不同的投影位置；所述光 感应装置固定于固定平台上，用于记录投影位置；所述光感应装置、投影装置及物体的相对 位置不变。
[0012] 所述投影装置为投影仪、幻灯机、手机投影仪或投影器。
[0013] 所述光感应装置为照相机或摄像机。
[0014] 所述转台为电动精密旋转台。
[0015] 本发明的另一个目的是提供一种通过颜色与形状组合匹配三维点云的方法。
[0016] 一种通过颜色与形状组合匹配三维点云的方法，包括如下步骤：（1)特征点提取： 每个点云有（X，Y，Z，R，G，B)数值，首先对XYZ的特征点提取，得到形状特征点；然后对RGB 的特征点提取，采用SIFT算法对二维图像的特征点提取；对三维点的色彩特征点提取，可 以先在二维特征点用SIFT算法获得后，对应到三维坐标上，这样处理后，每个点云数据可 以用（X，Y，Z，R，G，B，flag)来表示，其中flag=0表示同时是形状和色彩特征点，=1表示只 是形状特征点，=2表示只是色彩特征点，=其他表示不是特征点。
[0017] (2)特征点匹配：采用常规的特征点匹配法进行匹配，flag=0和1的点去匹配形 状特征点，flag=0和2的点进行颜色特征点匹配。
[0018] 步骤（2)中的处理方法如下：（2-1)、对于匹配的特征点总和超过3的情况，需要优 选较好的3个，求得旋转和平移矩阵后完成拼接；（2-2)、对于只有3个特征点的情况，直接 求旋转和平移矩阵后完成拼接；（2-3)、对于不足3个特征点的情况，无法完成拼接。
[0019] 有益效果：本发明的设备能同时获得三维坐标和色彩，从而可以找到更多地特征 点，基于更多地特征点可以解决一些当前无法解决的自动拼接问题。本发明可以精确获得 相机底片上每个像素对应的三维点坐标和色彩值，且因为方案的特殊性，坐标和色彩计算 数据都来源于同一相机底片，因此无需进行旋转平移对应点的颜色，理论上不存在误差。匹 配特征点包括了颜色特征点，比存粹的形状特征点更多，同时选择的余地更大，可以得到更 优质的特征点。
【附图说明】
[0020] 图1是本发明的设备的结构示意图。
[0021] 图2是计算得到的三维模型(无色彩)。
[0022] 图3是相机底片上原始彩色二维照片。
[0023] 图4是坐标和色彩对应后贴图得到的彩色三维模型。
[0024] 图5是无色彩的球形点云数据无法找到形状特征点。
[0025] 图6是同样情况下基于本发明找到匹配的颜色特征点。
[0026] 图7是本发明精确完成拼接得到的图。
[0027] 图8是点集合的示意图。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0029] 如图1所示，一种通过颜色与形状组合匹配三维点云的设备，包括固定平台、光感 应装置、投影装置、计算机、转台，其中，固定平台用于固定投影装置和光感应装置；投影装 置固定于固定平台上，并连接计算机；转台上放置需要匹配三维点云的物体，用于自动拼 接；计算机与投影装置连接并发送定标数据至投影装置，不同焦距下的投影装置将定标数 据投影至转台或转台上的物体的不同的投影位置；光感应装置固定于固定平台上，用于记 录投影位置；光感应装置、投影装置及物体的相对位置不变。
[0030] 投影装置为投影仪，不仅移动方便，且调整焦距时不影响其他设备工作。也可采用 幻灯机、手机投影仪或