基于滑動導軌的雙目三維重構視覺系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及三維重構【技術領域】，具體地說是一種基于滑動導軌的雙目三維重構視覺系統，包括直線導軌（3）、磁感應測距裝置、三腳架（1）、滑動平臺（5）和云臺（4），直線導軌（3）固定在三腳架（1）上，直線導軌（3）上設置有磁感應測距裝置和滑動平臺（5），滑動平臺（5）可滑動式連接在直線導軌（3）上，云臺（4）固定在直線導軌（3）上的滑動平臺（5）上，云臺（4）的平面與滑動平臺（5）的平面平行，相機固定在云臺（4）上，相機的光軸方向垂直于直線導軌（3）方向，直線導軌（3）兩端設置有支架平衡裝置（2）；本實用新型同現有技術相比，能夠同時具備雙相機雙目系統相對位姿已知以及單相機雙目系統基線長度不限、運用靈活簡便的優點，操作簡便，易于制造。
【專利說明】基于滑動導軌的雙目三維重構視覺系統
[【技術領域】]
[0001]本實用新型涉及三維重構【技術領域】，具體地說是一種基于滑動導軌的雙目三維重構視覺系統。
[【背景技術】]
[0002]雙目立體視覺(Binocular Vision)是一種模仿人類雙眼立體視覺處理景物的方式進行物體可視表面三維重建的方法，其光學機械系統稱為雙目三維重構系統。雙目系統使用兩臺相對位姿固定并已知的攝像機仿照人類雙眼，對同一景物進行拍攝，通過兩個攝像機所獲取的兩幅二維圖像計算景物可視表面的深度信息。
[0003]典型的雙目三維重構視覺系統原理如附圖3所示，其中，01、02點分別代表左右攝像機的光心位置，也是攝像機坐標系的原點；01、02之間的連線稱為雙目系統的基線；11、12分別為左右攝像機的投影平面；pw為世界坐標系中的物點，p1、pr分別為pw在左右相機成像平面上的像點。左右相機的相對位姿參數包括平移向量t (tx, ty, tz)和旋轉向量r(α，β，Y )，分別表示兩個攝像機在世界坐標系中的相對位置和相對姿態。
[0004]雙目三維重構的實現可以分為以下幾個步驟:攝像機標定、圖像獲取、立體匹配和三維重建。首先利用攝像機標定確定兩個相機的內參和相對位姿，以確定得到的兩幅圖像之間的空間位置關系；然后保持兩個相機內參和相對位姿固定，對需要重構的景物進行拍攝，得到目標的立體像對；通過立體匹配可以計算同名點在兩幅圖像中的視差值，并進一步得到各個坐標點的深度值；最后根據兩個相機內參、相對位姿以及各個點的深度信息實現景物表面的三維重建，得到物體表面的三維圖像。因此，確定兩個相機相對位姿參數是雙目三維重構的基礎。
[0005]目前已經有廠家推出了專業的雙目相機，即將兩個鏡頭合成在一個相機中，出廠前對相機內參和鏡頭的相對位姿進行標定后固定，在使用過程中不再改變，并且通過內置的參數直接得到拍攝物體表面的三維圖像。由于該類相機一般基線較小，并且內參固定的要求限制了相機的變焦和對焦，因此只適合重構距離較近或者范圍較小的物體表面，更多的應用于工業檢測中。
[0006]單相機雙目系統使用實現標定的單相機，于不同位置和角度對目標物體進行拍攝，彌補了雙目系統重構遠距離、大面積物體時基線距離不足的缺陷。由于兩次拍攝的位置是任意選定的，事先無法確定左右兩個位置上攝像機的相對位姿，因此在獲得立體像對后需要通過檢測和匹配特征點計算得到攝像機的相對位姿后，才能進行后續重構步驟。單相機雙目系統的適用場合比較廣泛，但是也具有一些難以克服的缺點:(1)重構精度受拍攝物體表面特征影響較大；(2)極線校正過程耗時較長，且精度受到相對位姿計算結果的影響較大；(3)采用單相機雙目系統進行三維重構最終的三維重構結果是與實際物體相差一個比例系數的度量重構。
[0007]因此，若能夠提供一種同時具備雙相機雙目系統相對位姿已知以及單相機雙目系統基線長度不限、運用靈活簡便的優點的三維重構視覺系統，將具有非常重要的意義。[實用新型內容]
[0008]本實用新型的目的就是要解決上述的不足而提供一種基于滑動導軌的雙目三維重構視覺系統，能夠同時具備雙相機雙目系統相對位姿已知以及單相機雙目系統基線長度不限、運用靈活簡便的優點，且操作簡便，易于制造。
[0009]為實現上述目的設計一種基于滑動導軌的雙目三維重構視覺系統，包括直線導軌
3、磁感應測距裝置、三腳架1、滑動平臺5和云臺4，所述直線導軌3固定在三腳架I上，所述直線導軌3上設置有磁感應測距裝置和滑動平臺5，所述滑動平臺5可滑動式連接在直線導軌3上，所述云臺4固定在直線導軌3上的滑動平臺5上，所述云臺4的平面與滑動平臺5的平面平行，所述相機固定在云臺4上，所述相機的光軸方向垂直于直線導軌3方向，所述直線導軌3兩端設置有支架平衡裝置2。
[0010]所述直線導軌3長lm。
[0011]本實用新型同現有技術相比，結構新穎、簡單，設計合理，能夠對不同拍攝對象靈活調整基線長度，滿足了大面積、遠距離物體三維重構的拍攝需求；而且，在對目標物體進行拍攝時就可以直接獲得相機在兩個位置的相對位姿參數，簡化了雙目三維重構流程，提高了物體可視表面三維重構的精度和分析速度；此外，本實用新型所述的基于滑動導軌的雙目三維重構視覺系統，操作簡單，易于制造，運用靈活方便，值得推廣應用。
[【專利附圖】
【附圖說明】]
[0012]圖1是本實用新型的結構示意圖；
[0013]圖2是圖1的安裝和拍攝流程示意圖；
[0014]圖3是傳統的雙目三維重構視覺系統原理示意圖；
[0015]圖中:1、三腳架2、支架平衡裝置3、直線導軌4、云臺5、滑動平臺。
[【具體實施方式】]
[0016]下面結合附圖對本實用新型作以下進一步說明:
[0017]如附圖1所示，本實用新型包括:直線導軌3、磁感應測距裝置、三腳架1、支架平衡裝置2、滑動平臺5和云臺4，通過將直線導軌固定在三腳架上，直線導軌上設置有磁感應測距裝置和滑動平臺，滑動平臺可滑動式連接在直線導軌上，云臺固定在直線導軌上的滑動平臺上，這樣把相機固定在云臺上后，就可以使相機沿直線導軌進行滑動，當滑動平臺在直線導軌上進行滑動時可以根據磁感應測距裝置自動測量滑動的距離，并將滑動距離實時顯示在顯示屏中，測量結果精度可達0.1mm ;并且磁感應測距裝置可以隨時清零，這樣可以隨時方便的記錄從直線導軌上的任一點滑動到另一點的距離，直線導軌兩端設置有支架平衡裝置，該支架平衡裝置可以起到很好的平衡作用，以減小相機滑動到一側時直線導軌的撓度。
[0018]如附圖2所示，為采用本實用新型進行雙目三維重構的安裝和拍攝流程，其操作步驟具體為:首先應將三腳架放置平穩，用水準尺大致調平。將直線導軌固定到三腳架上，使其不會輕易旋轉。然后再將云臺固定到滑動平臺上，應調整云臺角度使云臺平面與滑動平臺平面平行。接著將相機固定在云臺上，應使相機的光軸方向垂直于直線導軌方向。拍攝照片時，應先將相機滑動到直線導軌的左側，將磁感應距離置為O (磁感應測距裝置顯示器上顯示為O)后拍攝左圖，再將相機滑至需要的位置后拍攝右圖，并根據磁感應測距裝置顯示器上顯示的數字，記錄下滑動距離D。這樣拍攝得到的左右圖像只有X方向的位移。因此這兩幅圖像相當于用兩個只有X方向平移、沒有任何旋轉的兩個相機拍攝得到的，并且兩個相機的相對位姿已知為(D，O，O)。將這兩幅圖像進行畸變校正后即為標準對極立體像對，可以直接進行立體像對的稠密匹配和三維重構。
[0019]本實用新型能夠直接獲得相對位姿克服了單相機雙目系統在獲得立體像對后需要通過檢測和匹配特征點計算得到左右相機相對位姿這一繁瑣步驟，使三維重構過程更加簡便和高效。其中，直線導軌長lm，故相機可移動的范圍很廣，克服了傳統的工業相機基線較小，只適合重構距離較近或者范圍較小的物體表面。因此，可靈活的設置基線長度拓寬了本實用新型的應用領域，特別是滿足大面積、遠距離物體三維重構的拍攝需求。
[0020]本實用新型并不受上述實施方式的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種基于滑動導軌的雙目三維重構視覺系統，包括直線導軌(3)、磁感應測距裝置、三腳架(I)、滑動平臺(5)和云臺(4)，其特征在于:所述直線導軌(3)固定在三腳架(I)上，所述直線導軌(3)上設置有磁感應測距裝置和滑動平臺(5)，所述滑動平臺(5)可滑動式連接在直線導軌(3)上，所述云臺(4)固定在直線導軌(3)上的滑動平臺(5)上，所述云臺(4)的平面與滑動平臺(5)的平面平行，所述相機固定在云臺(4)上，所述相機的光軸方向垂直于直線導軌(3 )方向，所述直線導軌(3 )兩端設置有支架平衡裝置(2 )。
2.如權利要求1所述的基于滑動導軌的雙目三維重構視覺系統，其特征在于:所述直線導軌(3)長lm。
【文檔編號】G01B11/24GK203616781SQ201320808850
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年12月10日 優先權日:2013年12月10日
【發明者】楊玲芝, 方恩權, 李曉軍, 高建國, 黃光楚, 童彬彬, 陳建琴, 朱寶林, 李培楠 申請人:廣州市地下鐵道總公司, 同濟大學
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