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摘 要：针对在旋转平台上采集得到的多视角数据，提出一种有效的配准方法，同时结合双目立体视觉测量构建了完整的三维重建系统。通过拍摄旋转平台上多个视角下的标定板图像，提取标定板图像角点信息，计算出旋转平台坐标系和摄像机坐标系的空间位置关系，进一步推导出不同视角下的坐标转换关系，从而实现不同视角的数据配准。实验结果表明，基于本配准方法的旋转多视角双目测量系统具有较高的配准精度，能有效用于物体表面三维重建。
关键词：多视角；旋转平台；三维重建；双目立体视觉
：A
3D reconstruction method based on turntable multiple-view registration
LI Huai-ze， SHEN Hui-liang*
Department of Information and Electronic Engineering， Zhejiang University， Hangzhou Zhejiang 310027，China
Abstract：
An effective registration approach was proposed for multiple-view images captured on a turntable. In combination with binocular stereo， a complete system for 3D reconstruction was proposed. The calibration target was mounted on a step-motor-controlled turntable and it was acquired under multiple views. The coordinate tranormation between the turntable and the camera coordinate systems was computed by the angular point information on the calibration target. The coordinate tranormation among multiple views was used for data registration at the fixed viewpoint. The experimental results show that the proposed registration method achieves high precision and can be effectively used in 3D reconstruction.
英文关键词 Key words：
multiple-view； turntable； 3D reconstruction； binocular stereo vision
0 引言
基于旋转平台的多角度三维重建作为一种有效地获取物体表面完整三维信息的方法，自从其被提出以来，就获得了广泛的关注和研究。在该方法中，待测物体被放置在一个旋转平台装置上，装置以规定角度旋转，使物体待测表面部分逐次移入摄像机视场范围，由此获得物体表面不同视角的三维点信息。在获得不同视角深度数据后，根据摄像机标定和旋转平台转轴标定，便可以将数据配准至同一坐标系中，完成三维重建。
摄像机标定的方法目前已较为成熟，对于转轴标定，近年来涌现出了许多研究成果。最少使用四个三维标志点便可以标定转轴，但同时由于仅使用了四个标志点的三维坐标，利用信息较少，测量容易出现较大偏差，使计算出的旋转轴与旋转台轴心偏离，直接影响到后面旋转拼接矩阵的计算精度。文献[3]提出使用多个控制点结合最小二乘法标定转轴位置，但并未给出一种有效的求解标志点方法。使用立体靶标标定转轴亦是一种有效方法[4]，在该方法中仅需使用一个摄像机便可求解三维点坐标，但立体靶标需要有很高的精度，加工较困难。
对于旋转平台上不同视角数据配准，提取深度图像中明显的几何特征[5]、图像纹理信息[6]或者预设标记点[7]等方式，获得不同视角深度图像对应点。根据这些信息进一步计算不同视角的对应变换关系，此类方法有些已得到成功应用，但它们需要物体表面有明显可提取的特征，限制了其实际应用范围。
由手持普通相机获得非标定三维图像序列进行物体三维重建是近几年出现的一种新方法[8]，该方法由于不需要使用标定物标定相机，因此和传统的基于旋转平台多角度等三维重建方法相比更为方便、简洁。但在该类方法中应用的相机自标定技术需要利用场景中平行或者正交的约束条件，限制了其应用[9]。同时这类方法获得了不同视角三维数据后，进行数据配准方面大多需要使用迭代最近点（Iterative Closest Point， ICP）算法[10]。在ICP方法中，初值选取是一个重要问题，如果选取不当，算法极可能陷入局部最小，导致迭代不能收敛到正确结果，因此这类三维重建方法鲁棒性较差。
结合旋转平台多角度三维重建和时空立体双目视觉，构建了一个完整的多角度三维重建系统。结合传统平面靶标标定摄像机的方法，本文提出利用提取的标定板（国际象棋棋盘）角点信息计算旋转装置和摄像机坐标之间的变换关系，获得不同视角深度图像的旋转平移关系，并实现多视角数据配准。
关键词：多视角；旋转平台；三维重建；双目立体视觉
：A
3D reconstruction method based on turntable multiple-view registration
LI Huai-ze， SHEN Hui-liang*
源于：论文的标准格式范文www.udooo.com
， CHENG YueDepartment of Information and Electronic Engineering， Zhejiang University， Hangzhou Zhejiang 310027，China
Abstract：
An effective registration approach was proposed for multiple-view images captured on a turntable. In combination with binocular stereo， a complete system for 3D reconstruction was proposed. The calibration target was mounted on a step-motor-controlled turntable and it was acquired under multiple views. The coordinate tranormation between the turntable and the camera coordinate systems was computed by the angular point information on the calibration target. The coordinate tranormation among multiple views was used for data registration at the fixed viewpoint. The experimental results show that the proposed registration method achieves high precision and can be effectively used in 3D reconstruction.
英文关键词 Key words：
multiple-view； turntable； 3D reconstruction； binocular stereo vision
0 引言
基于旋转平台的多角度三维重建作为一种有效地获取物体表面完整三维信息的方法，自从其被提出以来，就获得了广泛的关注和研究。在该方法中，待测物体被放置在一个旋转平台装置上，装置以规定角度旋转，使物体待测表面部分逐次移入摄像机视场范围，由此获得物体表面不同视角的三维点信息。在获得不同视角深度数据后，根据摄像机标定和旋转平台转轴标定，便可以将数据配准至同一坐标系中，完成三维重建。
摄像机标定的方法目前已较为成熟，对于转轴标定，近年来涌现出了许多研究成果。最少使用四个三维标志点便可以标定转轴，但同时由于仅使用了四个标志点的三维坐标，利用信息较少，测量容易出现较大偏差，使计算出的旋转轴与旋转台轴心偏离，直接影响到后面旋转拼接矩阵的计算精度。文献[3]提出使用多个控制点结合最小二乘法标定转轴位置，但并未给出一种有效的求解标志点方法。使用立体靶标标定转轴亦是一种有效方法[4]，在该方法中仅需使用一个摄像机便可求解三维点坐标，但立体靶标需要有很高的精度，加工较困难。
对于旋转平台上不同视角数据配准，提取深度图像中明显的几何特征[5]、图像纹理信息[6]或者预设标记点[7]等方式，获得不同视角深度图像对应点。根据这些信息进一步计算不同视角的对应变换关系，此类方法有些已得到成功应用，但它们需要物体表面有明显可提取的特征，限制了其实际应用范围。
由手持普通相机获得非标定三维图像序列进行物体三维重建是近几年出现的一种新方法[8]，该方法由于不需要使用标定物标定相机，因此和传统的基于旋转平台多角度等三维重建方法相比更为方便、简洁。但在该类方法中应用的相机自标定技术需要利用场景中平行或者正交的约束条件，限制了其应用[9]。同时这类方法获得了不同视角三维数据后，进行数据配准方面大多需要使用迭代最近点（Iterative Closest Point， ICP）算法[10]。在ICP方法中，初值选取是一个重要问题，如果选取不当，算法极可能陷入局部最小，导致迭代不能收敛到正确结果，因此这类三维重建方法鲁棒性较差。
结合旋转平台多角度三维重建和时空立体双目视觉，构建了一个完整的多角度三维重建系统。结合传统平面靶标标定摄像机的方法，本文提出利用提取的标定板（国际象棋棋盘）角点信息计算旋转装置和摄像机坐标之间的变换关系，获得不同视角深度图像的旋转平移关系，并实现多视角数据配准。