三维数字化测量中的一种颜色渲染方法

摘要

本发明属于计算机三维测量技术领域，具体涉及三维数字化测量中的一种颜色渲染方法，由视觉测量系统中的单色摄像机以及与其相配合的视觉测量器件提取被测对象的空间三维坐标，其特征在于，将另一台彩色摄像机置于靠近视觉测量系统中的摄像机的位置，利用此台彩色摄像机采集被测对象的颜色信息，并为由视觉测量系统中的摄像机采集得到的空间三维坐标匹配颜色信息，得到彩色三维数据，实现三维数字化测量中颜色渲染。本发明提到的方法只要在现有视觉测量系统基础上进行简单改造，即添加一台专门进行彩色信息获取的彩色摄像机，然后进行像素匹配标定，就能实现较高精度的颜色渲染，并且通过调整彩色摄像机镜头可适用于近距离和远距离测量系统。

主权项

1.三维数字化测量中的一种颜色渲染方法，由视觉测量系统中的单色摄像机以及与其相配合的视觉测量器件提取被测对象的空间三维坐标，其特征在于，将另一台彩色摄像机置于靠近视觉测量系统中的摄像机的位置，利用此台彩色摄像机采集被测对象的颜色信息，并为由视觉测量系统中的摄像机采集得到的空间三维坐标匹配颜色信息，得到彩色三维数据，实现三维数字化测量中颜色渲染，包括以下步骤：(1)在视觉测量系统中的单色摄像机和彩色摄像机的公共视场内，在任意6-9个位置摆放平面靶标，每次摆放时两摄像机均采集靶标图像，并分别进行图像处理、提取靶标特征点，利用采集到的靶标特征点，分别对两摄像机进行Zhang的摄像机标定，得到两摄像机的内部参数矩阵(A)及镜头的径向和切向四个畸变量，其中内部参数矩阵(A)由摄像机焦距f_x，f_y和像面中心坐标u_o，v_o组成；(2)以在该6-9个位置中的任意一个位置摆放的平面靶标建立的坐标系为世界坐标，建立两个摄像机和世界坐标系的位置转换关系；(3)由两个摄像机和世界坐标系的位置转换关系，求解两摄像机之间的位置关系R和T，并建立像素匹配模型，$\left\{\begin{array}{c}{u}_2=\frac{m_4+z_{c1}(m_1{U}_1+m_2{V}_1+m_3)}{m_{12}+z_{c1}(m_9{U}_1+m_{10}{V}_1+m_{11})}\\ v_2=\frac{m_8+z_{c1}(m_5{U}_1+m_6{V}_1+m_7)}{m_{12}+z_{c1}(m_9{U}_1+m_{10}{V}_1+m_{11})}\end{array}\right.$其中U₁＝(u₁-u_o1)/f_x1，V₁＝(v₁-v_o1)/f_y1，f_x1，f_y1为单色摄像机的有效焦距，(u_o1，v_o1)为像面中心坐标，(u₁，v₁)为单色摄像机的图像上点p₁的理想坐标；(u₂，v₂)为p₁对应的彩色摄像机匹配点p₂的理想坐标；$\left(\begin{array}{cccc}{m}_1& m_2& m_3& m_4\\ m_5& m_6& m_7& m_8\\ m_9& m_{10}& m_{11}& m_{12}\end{array}\right)=A_2\left(\begin{array}{cc}R& T\end{array}\right),$R，T为两摄像机之间的位置转换系数；z_c1＝r₁₇x₀+r₁₈y₀+r₁₉z₀+t₁₃，r₁₇、r₁₈、r₁₉、t₁₃为R₁和T₁的部分元素，R₁和T₁为单色摄像机与世界坐标系之间的位置关系转换系数，(x₀，y₀，z₀)为p₁点对应的三维空间坐标；(4)利用视觉测量系统进行三维数字化测量，对于单色摄像机像面上的点，得到其三维空间坐标；(5)对视觉测量系统的单色摄像机像面上的点进行去畸变换，得到其对应的理想像素坐标，将求解得到的单色摄像机对应的理想像素坐标，以及标定得到参数代入到像素匹配模型中，得到彩色摄像机对应的理想匹配点；(6)对彩色摄像机的理想匹配点进行畸变处理，得到实际对应的图像坐标；(7)在彩色摄像机拍摄的彩色图像中定位该实际图像坐标点，该点对应的颜色数据即为所述的三维空间坐标点应具有的颜色信息，从而得到完整的彩色三维数据。