一种三维成像和实时建模的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及图形图像处理领域，具体而言，涉及一种三维成像和实时建模的装置和方法。
【背景技术】
[0002]传统的物体形状二维测量丢失了深度信息。随着科学技术和工业生产的迅速发展，许多领域都需要对三维物体的形状进行快速准确的测量。三维成像技术能够保存物体三维空间信息(包括三维形貌、灰度、颜色信息)，并在重建过程中可以完整地恢复物体的三维特征，具有重要的科学价值。
[0003]目前广泛采用的结构光方法(Structured Light)是一种利用辅助的结构光照明获取物体三维像的技术，它采用的技术方案是投影一个载频条纹到被成像的物体表面，利用成像设备从另一个角度记录受被成像物体高度调制的变形条纹图像，再从获取的变形条纹图中数字解调重建出被测物体的三维数字像。结构光三维成像过程分两步:先获取物体被结构光条纹调制的二维图像(调制加光学成像)，然后从包含变形条纹的二维像中通过数字重建方法得到物体的三维数字像，前者包括投影和成像，本质上是应用光学中的成像过程，后者是条纹图像的信息处理过程，类似于干涉测量中的干涉条纹的处理。结构光三维成像的过程包含数字重建的步骤，并以物体三维空间信息的数字量作为输出。基于结构光的三维成像技术已被广泛用于机器视觉、自动化控制加工、工业自动检测、产品质量控制、实物仿形、生物医学、三维动画和影视特技制作等领域。
[0004]基于结构光的三维成像技术具有非接触、易于在计算机控制下实行自动化测量等优点，已被深入研究。为了获得较高的成像精度，目前的结构光成像算法在图像处理上需要的时间随着被测物体的增大而急剧增加，并且目前三维成像装置本身不带有建模等功能，所有的数据需要上传到计算机中完成，因此难以完成实时测量和成像过程。
[0005]发明人在研究中发现，相关技术中的采用三维成像装置进行前端处理的方法在进行前端处理的方式存储耗时长、实时性差的问题，针对上述问题，目前尚未提出有效解决方式。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种三维成像和实时建模的装置和方法，以缩短成像和建模的时间消耗，实现高精度的实时测量、实时成像和实时建模。
[0007]第一方面，本发明实施例提供了一种三维成像和实时建模的装置，包括:
[0008]投影单元，用于向被测物体表面投射可控光，产生结构光成像所需的编码图像；
[0009]摄像单元，用于获取所述投影单元产生的所述编码图像的图像数据，并将所述图像数据发送至中央处理器CPU ;
[0010]姿态传感器，用于采集所述三维成像和实时建模的装置的位姿信息并将所述位姿信息发送至中央处理器CPU ;所述位姿信息包括位置信息和姿态信息；
[0011]与所述摄像单元和所述姿态传感器分别连接的所述CPU，用于接收所述图像数据和所述三维成像和实时建模的装置的位姿信息并发送至图形处理器GPU ;
[0012]与所述CPU连接的所述GPU，用于接收所述图像数据和所述位姿信息，根据接收的所述图像数据和所述位姿信息进行三维建模得到三维模型。
[0013]结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述姿态传感器包括:
[0014]全球定位系统GPS模块，用于定位所述三维成像和实时建模的装置的当前位置信息；和，惯性测量单元MU模块，用于测量所述三维成像和实时建模的装置的三维姿态信息。
[0015]结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述三维成像和实时建模的装置还包括:与所述CPU连接的存储器，所述存储器包括内存和外存；
[0016]所述CPU还用于将接收所述图像数据发送至所述存储器；接收建立三维模型过程中的所有临时数据并发送给所述存储器；以及获取所述GPU建立的三维模型并发送给所述存储器；
[0017]所述内存用于缓存建立三维模型过程中的所有临时数据，所述外存用于保存所述CPU发送的所述图像数据和所述三维模型的模型数据。
[0018]结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述三维成像和实时建模的装置还包括与所述CPU连接的显示单元;
[0019]所述CPU还用于将获取的所述GPU建立的三维模型发送至所述显示单元；所述显示单元用于显示所述CPU发送的建立好的所述三维模型。
[0020]结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述显示单元为液晶显示屏。
[0021]第二方面，本发明实施例还提供了一种三维成像和实时建模的方法，包括:
[0022]通过投影单元向被测物体表面投射可控光，产生结构光成像所需的编码图像；
[0023]通过摄像单元获取所述投影单元产生的所述编码图像的图像数据并将所述图像数据发送至中央处理器CPU;
[0024]通过姿态传感器采集所述三维成像和实时建模的装置的位姿信息并将所述位姿信息发送至所述CPU ;所述位姿信息包括位置信息和姿态信息；
[0025]通过所述CPU接收所述图像数据和所述三维成像和实时建模的装置的位姿信息并发送至图形处理器GPU;
[0026]通过所述GPU接收所述CPU发送的所述图像数据和所述位姿信息，根据接收的所述图像数据和所述位姿信息进行三维建模，得到三维模型。
[0027]结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述姿态传感器包括:全球定位系统GPS模块和惯性测量单元IMU模块；所述方法还包括:
[0028]通过所述GPS模块定位所述三维成像和实时建模的装置的当前位置信息；以及，通过所述IMU模块测量所述三维成像和实时建模的装置的三维姿态信息。
[0029]结合第二方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述三维成像和实时建模的方法，还包括:
[0030]通过所述CPU将接收的所述图像数据发送至与所述CPU连接的存储器；接收建立三维模型过程中的所有临时数据并发送给所述存储器；以及获取所述GPU建立的三维模型并发送给所述存储器；
[0031]通过所述存储器的内存缓存建立三维模型过程中的所有临时数据；通过所述存储器的外存保存所述CPU发送的所述图像数据和所述三维模型的模型数据。
[0032]结合第二方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，所述三维成像和实时建模的方法，还包括:
[0033]通过所述CPU将获取所述GPU建立的三维模型发送至与所述CPU连接的显示单元;
[0034]通过所述显示单元显示所述CPU发送的已建立好的所述三维模型。
[0035]结合第二方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，所述显示单元为液晶显示屏。
[0036]本发明实施例提供的一种三维成像和实时建模的装置和方法，包括:摄像单元用于获取结构光成像所需的编码图像的图像数据；姿态传感器用于采集三维成像和实时建模的装置的位姿信息；CPU用于接收上述图像数据和上述三维成像和实时建模的装置的位姿信