本發(fā)明屬于全景三維建模技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種全景三維建模裝置、方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

全景拍攝是使用一個或多個圖像獲取單元，對整個空間場景進行成像的過程，已有的全景拍攝方法只能拍攝空間場景的二維彩色圖像，卻不能準確對全景空間進行三維建模；缺少空間距離信息的全景圖像限制了全景拍攝的應(yīng)用范圍，譬如在房產(chǎn)拍照應(yīng)用中，如果可以對房屋進行全景三維建模，則可方便地實現(xiàn)戶型圖重構(gòu)、vr屋內(nèi)漫游等；如果沒有三維模型，則用戶只能瀏覽全景圖像，無法實現(xiàn)更多功能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種全景三維建模裝置、方法及系統(tǒng)，以方便準確地獲得場景空間的結(jié)構(gòu)信息，實現(xiàn)對場景空間進行全景三維重建。

第一方面，本發(fā)明提供了一種全景三維建模裝置，包括：

結(jié)構(gòu)光投射模塊，用于以一定角度向場景中投射指定特征的結(jié)構(gòu)光；

拍攝模塊，用于拍攝場景圖像并采集場景圖像信息及解算場景空間結(jié)構(gòu)信息，其與所述結(jié)構(gòu)光投射模塊相連接；

轉(zhuǎn)動平臺模塊，用于帶動所述結(jié)構(gòu)光投射模塊轉(zhuǎn)動，其與所述結(jié)構(gòu)光投射模塊相連接；

全景三維建模模塊，用于對所述拍攝模塊采集到的場景圖像信息及解算的場景空間結(jié)構(gòu)信息進行處理，實現(xiàn)全景三維建模，其與所述拍攝模塊相連接；

供電模塊，用于為所述結(jié)構(gòu)光投射模塊、拍攝模塊、轉(zhuǎn)動平臺模塊及全景三維建模模塊提供電源，其與所述結(jié)構(gòu)光投射模塊、拍攝模塊、轉(zhuǎn)動平臺模塊及全景三維建模模塊相連接。

進一步地，所述結(jié)構(gòu)光投射模塊包括：

投射角度控制模塊，用于根據(jù)距離需求調(diào)整光投射角度；

結(jié)構(gòu)光特征控制模塊，用于控制結(jié)構(gòu)光的特征，包括投射形式，圖案形狀等，其與所述投射角度控制模塊相連接。

進一步地，所述拍攝模塊包括：

鏡頭適配模塊，用于根據(jù)實際拍攝場景選取合適參數(shù)的鏡頭；

圖像信息采集模塊，用于將鏡頭適配模塊中的鏡頭所拍攝的場景進行數(shù)字化成像處理得到場景圖像信息，根據(jù)所述投射角度控制模塊的光投射角度及所述結(jié)構(gòu)光特征控制模塊的結(jié)構(gòu)光特征解算場景空間結(jié)構(gòu)信息，其與所述鏡頭適配模塊、投射角度控制模塊、結(jié)構(gòu)光特征控制模塊相連接。

進一步地，所述轉(zhuǎn)動平臺模塊包括：

轉(zhuǎn)動控制模塊，用于控制所述結(jié)構(gòu)光投射模塊的轉(zhuǎn)動角度、轉(zhuǎn)動速度和轉(zhuǎn)動方向，其與所述投射角度控制模塊相連接。

進一步地，所述全景三維建模模塊包括：

全景圖像拼接模塊，用于拼接所述拍攝模塊中圖像信息采集模塊采集到的場景圖像序列，得到二維全景圖像，其與所述圖像信息采集模塊相連接；

三維點云解算模塊，用于解算所述拍攝模塊中圖像信息采集模塊采集到的場景空間結(jié)構(gòu)信息序列，得到與所述全景圖像拼接模塊中的二維全景圖像對應(yīng)的三維點云，其與所述圖像信息采集模塊及所述全景圖像拼接模塊相連接；

貼圖渲染模塊，用于根據(jù)所述全景圖像拼接模塊中的二維全景圖像和所述三維點云解算模塊中與所述二維全景圖像對應(yīng)的三維點云進行場景空間的貼圖和渲染，實現(xiàn)全景三維建模，其與所述全景圖像拼接模塊及所述三維點云解算模塊相連接。

第二方面，本發(fā)明提供了一種全景三維建模方法，包括下述步驟：

步驟a，所述鏡頭適配模塊根據(jù)拍攝場景需求選取鏡頭，所述投射角度控制模塊初始化結(jié)構(gòu)光投射角；

步驟ｂ，所述轉(zhuǎn)動控制模塊帶動結(jié)構(gòu)光投射模塊以一定角度轉(zhuǎn)動；

步驟ｃ，所述圖像信息采集模塊拍攝場景圖像；

步驟ｄ，所述結(jié)構(gòu)光投射模塊以一定角度向場景中投射指定特征的結(jié)構(gòu)光；

步驟ｅ，所述圖像信息采集模塊根據(jù)所述投射角度控制模塊的光投射角度及所述結(jié)構(gòu)光特征控制模塊的結(jié)構(gòu)光特征解算場景空間結(jié)構(gòu)信息；

步驟ｆ，所述結(jié)構(gòu)光投射模塊停止投射結(jié)構(gòu)光；

步驟ｇ，所述圖像信息采集模塊依序保存場景圖像和場景空間結(jié)構(gòu)信息；

步驟ｈ，重復(fù)步驟b至步驟ｇ直到完成360°采集；

步驟i，所述全景圖像拼接模塊將場景圖像序列拼接為二維全景圖像；

步驟j，所述三維點云解算模塊根據(jù)場景空間結(jié)構(gòu)信息序列解算與所述二維全景圖像對應(yīng)的三維點云；

步驟k，根據(jù)所述二維全景圖像和所述三維點云對場景空間進行貼圖、渲染，得到全景三維模型。

第三方面，本發(fā)明提供了一種全景三維建模系統(tǒng)，包括一個轉(zhuǎn)動平臺，一個結(jié)構(gòu)光投射器，一個攝像單元，所述結(jié)構(gòu)光投射器與所述轉(zhuǎn)動平臺上的一點活動連接，所述攝像單元與所述轉(zhuǎn)動平臺上的另一點活動連接。

進一步地，所述結(jié)構(gòu)光投射器與所述攝像單元在所述轉(zhuǎn)動平臺上以相等的角度轉(zhuǎn)動。

一種全景三維建模系統(tǒng)，包括一個轉(zhuǎn)動平臺，一個結(jié)構(gòu)光投射器，n個攝像單元，其中n為大于或等于2的正整數(shù)，所述結(jié)構(gòu)光投射器與所述轉(zhuǎn)動平臺上的一點活動連接，所述攝像單元固定設(shè)置于且任意分布或等間距設(shè)置在以所述轉(zhuǎn)動平臺上的另一點為圓心的同一圓的圓周上。

進一步地，所述結(jié)構(gòu)光投射器在所述轉(zhuǎn)動平臺上以一定角度轉(zhuǎn)動，所述攝像單元在拍攝過程中不隨轉(zhuǎn)動平臺轉(zhuǎn)動。

本發(fā)明通過使用一個或多個攝像單元，配合結(jié)構(gòu)光投射器可以方便準確地獲得場景空間的結(jié)構(gòu)信息，實現(xiàn)對場景空間的全景三維重建，使拍攝的場景空間圖像更具逼真感，大大拓展了全景圖像的應(yīng)用領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明第一實施例提供的全景三維建模裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明第二實施例提供的全景三維建模裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明第三實施例提供的一種全景三維建模方法的流程示意圖；

圖4為本發(fā)明第四實施例提供的一種全景三維建模系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明第五實施例提供的另一種全景三維建模系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明第六實施例提供的另一種全景三維建模系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明第七實施例提供的另一種全景三維建模系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明第八實施例提供的另一種全景三維建模系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請參閱圖1，圖1是本發(fā)明第一實施例提供的全景三維建模裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，全景三維建模裝置包括：結(jié)構(gòu)光投射模塊1，拍攝模塊2，轉(zhuǎn)動平臺模塊3，全景三維建模模塊4，供電模塊5。

結(jié)構(gòu)光投射模塊1用于以一定角度和固定特征向場景中投射結(jié)構(gòu)光；

拍攝模塊2用于拍攝場景圖像并采集場景圖像信息及解算場景空間結(jié)構(gòu)信息，其與結(jié)構(gòu)光投射模塊相連接；

轉(zhuǎn)動平臺模塊3用于帶動結(jié)構(gòu)光投射模塊轉(zhuǎn)動，其與結(jié)構(gòu)光投射模塊相連接；

全景三維建模模塊4用于對拍攝模塊采集到的場景圖像信息及解算的場景空間結(jié)構(gòu)信息進行處理，實現(xiàn)全景三維建模，其與拍攝模塊相連接；

供電模塊5，用于為結(jié)構(gòu)光投射模塊、拍攝模塊、轉(zhuǎn)動平臺模塊及全景三維建模模塊提供電源，其與結(jié)構(gòu)光投射模塊、拍攝模塊、轉(zhuǎn)動平臺模塊及全景三維建模模塊相連接。

請參閱圖2，圖2是本發(fā)明第二實施例提供的全景三維建模裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，結(jié)構(gòu)光投射模塊1包括投射角度控制模塊11和結(jié)構(gòu)光特征控制模塊12；其中，投射角度控制模塊11用于根據(jù)距離需求調(diào)整結(jié)構(gòu)光投射角度；結(jié)構(gòu)光特征控制模塊12用于控制結(jié)構(gòu)光特征，包括投射形式、圖案形狀等，譬如控制結(jié)構(gòu)光以直線、光斑、網(wǎng)格或編碼形式投射到場景中，其與投射角度控制模塊11相連接；結(jié)構(gòu)光投射模塊1固定在轉(zhuǎn)動平臺模塊3上，以一定角度θ將固定特征（直線、光斑、網(wǎng)格、編碼等）的結(jié)構(gòu)光投射到場景中，結(jié)構(gòu)光的具體特征由結(jié)構(gòu)光特征控制模塊12選取。拍攝模塊2包括鏡頭適配模塊21和圖像信息采集模塊22；其中，鏡頭適配模塊21用于根據(jù)實際拍攝場景選取合適參數(shù)的鏡頭，譬如，根據(jù)拍攝空間尺寸選擇一定參數(shù)的廣角鏡頭或魚眼鏡頭等；圖像信息采集模塊22固定在轉(zhuǎn)動平臺模塊3上，用于將鏡頭適配模塊21中的鏡頭所拍攝的場景進行數(shù)字化成像處理得到場景圖像信息，根據(jù)投射角度控制模塊11的光投射角度及結(jié)構(gòu)光特征控制模塊12的結(jié)構(gòu)光特征解算場景空間結(jié)構(gòu)信息，其與鏡頭適配模塊21、投射角度控制模塊11、結(jié)構(gòu)光特征控制模塊12相連接。轉(zhuǎn)動平臺模塊3包括轉(zhuǎn)動控制模塊31；轉(zhuǎn)動控制模塊31用于控制結(jié)構(gòu)光投射模塊1的轉(zhuǎn)動角度、轉(zhuǎn)動速度和轉(zhuǎn)動方向，其與投射角度控制模塊11相連接。全景三維建模模塊4包括全景圖像拼接模塊41，三維點云解算模塊42和貼圖渲染模塊43；其中，全景圖像拼接模塊41用于拼接拍攝模塊2中圖像信息采集模塊22采集到的場景圖像序列，得到二維全景圖像，其與圖像信息采集模塊22相連接；三維點云解算模塊42用于解算拍攝模塊2中圖像信息采集模塊22采集到的場景空間結(jié)構(gòu)信息序列，得到與全景圖像拼接模塊41中的二維全景圖像對應(yīng)的三維點云，其與圖像信息采集模塊22及全景圖像拼接模塊41相連接；貼圖渲染模塊43用于根據(jù)全景圖像拼接模塊41中的二維全景圖像和三維點云解算模塊42中與二維全景圖像對應(yīng)的三維點云進行場景空間的貼圖和渲染，實現(xiàn)全景三維建模，其與全景圖像拼接模塊41及三維點云解算模塊42相連接。

請參閱圖3，圖3是本發(fā)明第三實施例提供的一種全景三維建模方法的流程示意圖，如圖3所示，全景三維建模方法，包括如下步驟：

步驟s201、開始；

步驟s202、鏡頭適配模塊21根據(jù)拍攝場景需求選取鏡頭，投射角度控制模塊11初始化結(jié)構(gòu)光投射角；

步驟s203、轉(zhuǎn)動控制模塊31帶動結(jié)構(gòu)光投射模塊1以一定角度轉(zhuǎn)動；

步驟s204、圖像信息采集模塊22拍攝場景圖像；

步驟s205、結(jié)構(gòu)光投射模塊1以一定角度向場景中投射指定特征的結(jié)構(gòu)光；

步驟s206、圖像信息采集模塊22根據(jù)投射角度控制模塊11的光投射角度及結(jié)構(gòu)光特征控制模塊12的結(jié)構(gòu)光特征解算場景空間結(jié)構(gòu)信息；

步驟s207、結(jié)構(gòu)光投射模塊1停止投射結(jié)構(gòu)光；

步驟s208、圖像信息采集模塊22依序保存場景圖像和場景空間結(jié)構(gòu)信息；

步驟s209、重復(fù)步驟s203至s208直到完成360°采集；

步驟s210、全景圖像拼接模塊41將場景圖像序列拼接為二維全景圖像；

步驟s211、三維點云解算模塊42根據(jù)場景空間結(jié)構(gòu)信息序列解算與二維全景圖像對應(yīng)的三維點云；

步驟s212、根據(jù)二維全景圖像和三維點云對場景空間進行貼圖、渲染，得到全景三維模型；

步驟s213、結(jié)束。

請參閱圖4，圖4是本發(fā)明第四實施例提供的一種全景三維建模系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，本發(fā)明第四實施例提供的全景三維建模系統(tǒng)包括一個轉(zhuǎn)動平臺501，一個結(jié)構(gòu)光投射器502，一個攝像單元503，結(jié)構(gòu)光投射器502與轉(zhuǎn)動平臺501上的一點活動連接，攝像單元503與轉(zhuǎn)動平臺501上的另一點活動連接，在本實施例具體實施過程中，結(jié)構(gòu)光投射器502與攝像單元503在轉(zhuǎn)動平臺501上以相等的角度轉(zhuǎn)動。本發(fā)明實施例中，攝像單元503中的圖像采集模塊504的有效視場角505與結(jié)構(gòu)光投射器502的結(jié)構(gòu)光特征的有效視場角506的最近交點a和最遠交點b決定了有效建模距離（z1至z2）。

本發(fā)明提供了另一種全景三維建模系統(tǒng)，包括一個轉(zhuǎn)動平臺，一個結(jié)構(gòu)光投射器，n個攝像單元，其中n為大于或等于2的正整數(shù)，結(jié)構(gòu)光投射器與轉(zhuǎn)動平臺上的一點活動連接，攝像單元固定設(shè)置于且任意分布或等間距設(shè)置在以轉(zhuǎn)動平臺上的另一點為圓心的同一圓的圓周上，在本實施例具體實施過程中，結(jié)構(gòu)光投射器在轉(zhuǎn)動平臺上以一定角度轉(zhuǎn)動，攝像單元在拍攝過程中不隨轉(zhuǎn)動平臺轉(zhuǎn)動。

請參閱圖5，圖5是本發(fā)明第五實施例提供的另一種全景三維建模系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖5所示，該全景三維建模系統(tǒng)包括一個轉(zhuǎn)動平臺601，一個結(jié)構(gòu)光投射器602，兩個攝像單元603，結(jié)構(gòu)光投射器602與轉(zhuǎn)動平臺601上的一點活動連接，攝像單元603固定設(shè)置于且任意分布或等間距設(shè)置在以轉(zhuǎn)動平臺601上的另一點為圓心的同一圓的圓周上，在本實施例具體實施過程中，結(jié)構(gòu)光投射器602在轉(zhuǎn)動平臺601上以一定角度轉(zhuǎn)動，攝像單元603在拍攝過程中不隨轉(zhuǎn)動平臺601轉(zhuǎn)動。

請參閱圖6，圖6是本發(fā)明第六實施例提供的另一種全景三維建模系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖6所示，該全景三維建模系統(tǒng)包括一個轉(zhuǎn)動平臺701，一個結(jié)構(gòu)光投射器702，三個攝像單元703，結(jié)構(gòu)光投射器702與轉(zhuǎn)動平臺701上的一點活動連接，攝像單元703固定設(shè)置于且任意分布或等間距設(shè)置在以轉(zhuǎn)動平臺701上的另一點為圓心的同一圓的圓周上，在本實施例具體實施過程中，結(jié)構(gòu)光投射器702在轉(zhuǎn)動平臺701上以一定角度轉(zhuǎn)動，攝像單元703在拍攝過程中不隨轉(zhuǎn)動平臺701轉(zhuǎn)動。

請參閱圖7，圖7是本發(fā)明第七實施例提供的另一種全景三維建模系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖7所示，該全景三維建模系統(tǒng)包括一個轉(zhuǎn)動平臺801，一個結(jié)構(gòu)光投射器802，四個攝像單元803，結(jié)構(gòu)光投射器802與轉(zhuǎn)動平臺801上的一點活動連接，攝像單元803固定設(shè)置于且任意分布或等間距設(shè)置在以轉(zhuǎn)動平臺801上的另一點為圓心的同一圓的圓周上，在本實施例具體實施過程中，結(jié)構(gòu)光投射器802在轉(zhuǎn)動平臺801上以一定角度轉(zhuǎn)動，攝像單元803在拍攝過程中不隨轉(zhuǎn)動平臺801轉(zhuǎn)動。

請參閱圖8，圖8是本發(fā)明第八實施例提供的另一種全景三維建模系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖8所示，該全景三維建模系統(tǒng)包括一個轉(zhuǎn)動平臺901，一個結(jié)構(gòu)光投射器902，八個攝像單元903，結(jié)構(gòu)光投射器902與轉(zhuǎn)動平臺901上的一點活動連接，攝像單元903固定設(shè)置于且任意分布或等間距設(shè)置在以轉(zhuǎn)動平臺901上的另一點為圓心的同一圓的圓周上，在本實施例具體實施過程中，結(jié)構(gòu)光投射器902在轉(zhuǎn)動平臺901上以一定角度轉(zhuǎn)動，攝像單元903在拍攝過程中不隨轉(zhuǎn)動平臺901轉(zhuǎn)動。

本發(fā)明通過使用一個或多個攝像單元，配合結(jié)構(gòu)光投射器可以方便準確地獲得場景空間的結(jié)構(gòu)信息，實現(xiàn)對場景空間的全景三維重建，使拍攝的場景空間圖像更具逼真感，大大拓展了全景圖像的應(yīng)用領(lǐng)域。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。