[发明专利]一种获取凸轮廓物体形状的方法

摘要

本发明公开了一种获取凸轮廓物体形状的方法，它是采用摄像机连续拍摄被测物体，获得一系列的物体图像。将物体图像与背景分割以后，则可以获得物体在每一个摄像机视角的轮廓图像。在每个外轮廓图像的每个高度都有若干个物体边缘点，这些边缘点和摄像机中心则构成一个剖平面。剖平面和被测物体相交则可以得到物体的一个截面。经计算机处理后可以得到物体在该截面上的轮廓，称为物体在该截面的残余图。当物体所有的截面的轮廓都获得以后，把这些物体轮廓在高度方向上进行空间叠加，就可以得到物体完整的三维模型。本发明可同时获得多个扫描点，扫描速度快；使用安全可靠；扫描范围广，既可以应用于尺寸小的场合，也可以扫描尺寸比较大的对象。

主权项

1、一种获取凸轮廓物体形状的方法，其步骤包括：(1)对摄像机进行定标，得到该摄像机的定标参数矩阵：$M=\left(\begin{array}{cccc}{m}_{11}& m_{12}& m_{13}& m_{14}\\ m_{21}& m_{22}& m_{23}& m_{24}\\ m_{31}& m_{32}& m_{33}& m_{34}\end{array}\right)(2)摄像机拍摄获取被测对象的每个视角的序列图像image\_1...image\_oi...image\_n，保存下来；(3)提取上述各个视角的图像中被测对象的轮廓边缘；(4)求出上述所有图像序列上轮廓点的图像坐标以及相应的RGB颜色值，保存下来；(5)针对某一个视角oi，oi＝1～n，找出对应于该视角的被测对象的轮廓图像image\_oi；在某一个图像高度v，找出位于该高度上所有的图像边缘点Sq，q＝1，2，...r，q为假设高度v处图像轮廓边缘点的个数；根据公式(I)，求出r条切线Tq，以及Tq与被测对象外包围盒的所有交点，保存下来；$ \left\{\begin{array}{c}{X}_w=\mathrm{Zw}\frac{l_7{l}_4-l_1}{l_7{l}_5-l_2}+\frac{l_3-l_7{l}_6}{l_7{l}_5-l_2}\\ Y_w=Z_w\frac{k_2-k_7{k}_{51}}{k_7{k}_4-k}+\frac{k_3-k_7{k}_6}{k_7{k}_4-k}\\ Z_w=Z_w\end{array}\right.---\left(I\right)式中，k1＝m12-um32，k2＝m13-um33，k3＝m14-um34，k4＝m22-vm32，k5＝m23-vm33，k6＝m24-vm34；$ k_7=\frac{{\mathrm{um}}_{31}-m_{11}}{{\mathrm{vm}}_{31}-m_{21}};l1＝um33-m13，L2＝m11-um31，l3＝m14-um34，l4＝vm33-m23，l5＝m21-vm31，l6＝m24-vm34；$ l_7=\frac{m_{12}-{\mathrm{um}}_{32}}{m_{22}-{\mathrm{vm}}_{32}};其中，(Xwg，Ywg，Zwg)为空间的第g个点的坐标；(ug，vg)为第g个点的在摄像机中的图像坐标，mij为定标矩阵M的第i行j列元素；(6)对于第q条切线，把该切线与物体外包围盒的交点Pqh，h＝1，2，...，d，假设该切线与物体包围盒有d个交点，分别往其他视角进行投影，投影的计算根据由定标矩阵确定的投影公式(II)进行；$ \left\{\begin{array}{c}{u}_i=\frac{m_{11}{X}_{\mathrm{wi}}+m_{12}{Y}_{\mathrm{wi}}+m_{13}{Z}_{\mathrm{wi}}+m_{14}}{m_{31}{Y}_{\mathrm{wi}}+m_{32}{Y}_{\mathrm{wi}}+m_{33}{Z}_{\mathrm{wi}}+m_{34}}\\ v_i=\frac{m_{21}{X}_{\mathrm{wi}}+m_{22}{Y}_{\mathrm{wi}}+m_{23}{Z}_{\mathrm{wi}}+m_{24}}{m_{31}{X}_{\mathrm{wi}}+m_{32}{Y}_{\mathrm{wi}}+m_{33}{Z}_{\mathrm{wi}}{m}_{34}}\end{array}\right.---\left(\mathrm{II}\right)式中，(Xwi，Ywi，Zwi)为空间的第i个点的空间坐标；(ui，vi)为第f个空间点在该视角中的图像坐标，mij为定标矩阵M的第i行j列元素(7)排除非真实的切线交点；(8)重复步骤(6)和(7)，处理完r条切线；(9)重复步骤(5)到(8)，把视角oi的所有高度上的边缘点进行相同的处理；(10)重复步骤(5)到(9)，把其他视角(2、3、...，n)的轮廓图像都进行相同的处理；(11)把所有的保存下来的切点进行叠加，获得了被测对象的三维模型的点云。$$$$$