一种基于变焦测距的三维建模方法及系统与流程

本发明涉及物体三维重建领域，特别涉及一种基于变焦测距的三维建模方法及其系统。

背景技术：

三维重建具有广泛的应用领域，包括体积测量、立体显示、3D打印、物体模型建立等。现有三维重建一般采用双目时差法，通过两个摄像头对物体进行拍摄，通过两个拍摄图像的微小差别，获得物体的立体信息并进行三维重构。然而，这种方法存在不足之处：三维物体的一些局部区域，在两张图像中，并不同时出现，当物体的局部出现在左图像并且未出现在右图像，此时该位置的深度信息的处理往往是不精确的。综上，现有技术由于其技术原理本身的缺陷，造成局部区域不能很好地获得图像深度信息，影响物体的三维重建，需要探求一种物体三维重建新方法。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于变焦测距的三维建模方法，旨在解决现有技术由于其技术原理本身的缺陷，即造成局部区域不能很好地获得图像深度信息，影响物体的三维重建的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于变焦测距的三维建模方法，包括：

步骤S1、将目标物体划分为若干子区域；

步骤S2、变焦采集各个所述子区域图像，根据对焦评价函数值，获取所述 子区域的正焦图像，并采集所述子区域的焦距或物距；所述变焦评价函数值用于衡量所述子区域是否准确对焦，所述正焦图像为所述子区域准确对焦的图像；

步骤S3、根据各个所述子区域的正焦图像和各个所述子区域的焦距或物距，建立三维模型。

在该技术方案中，将目标分割为多个子区域，分别对每个子区域进行对焦，通过图像处理判断是否对焦，获取正焦图像并记录焦距。根据各个子区域的焦距或物距信息获得深度信息，并进行三维重建。该技术方案提供了一种快速三维重建方法，避免了双目视差法三维重建局部区域获得不了精确的三维深度信息。

进一步而言，所述步骤S2，具体包括：

采集第k个子区域J_k的第i张变焦图像内与所述子区域相对应的M×N个像素的RGB值；

计算所述子区域J_k的第i张变焦图像的对焦评价函数值

获取所述子区域J_k在I张所述变焦图像中的对焦评价函数最大值所述对焦评价函数最大值相应的变焦图像为所述子区域的正焦图像；所述所述I为变焦图像总数，I为自然数；

所述

其中，所述i、k、M、N为自然数，所述x满足1≤x≤M，所述y满足1≤y≤N，所述R_i(x,y)、G_i(x,y)、B_i(x,y)分别为像素的RGB值；所述为子区域J_k内R像素平均值，所述为子区域J_k内G像素平均值，所述为子区域J_k内B像素平均值。

在该技术方案中，通过获取 RGB三色的对焦评价函数，对焦评价精度高。

进一步而言，所述步骤S3，还包括：根据所述物距或焦距，生成子区域图像放大倍率，修正各个所述子区域的尺寸。

在该技术方案中，基于近大远小原理，根据焦距对各个图层的尺寸大小进行修正，即越靠近镜头的物体，放大倍率越小；其有益之处在于，提高三维建模的精度和准确性。

有鉴于现有技术的缺陷，本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种基于变焦测距的三维建模系统，旨在解决现有技术由于其技术原理本身的缺陷，即造成局部区域不能很好地获得图像深度信息，影响物体的三维重建的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于变焦测距的三维建模方法，包括：

子区域划分模块，用于将目标物体划分为若干子区域；

图像采集模块，用于变焦采集各个所述子区域图像；

变焦驱动模块，用于驱动所述图像采集模块连续变焦；

拍摄焦距采集模块，用于采集所述子区域的焦距或物距；

子区域正焦图像识别模块，用于根据对焦评价函数值获取所述子区域的正焦图像；其中，所述变焦评价函数值用于衡量所述子区域是否准确对焦，所述正焦图像为所述子区域准确对焦的图像；

三维重建模块，用于根据各个所述子区域的正焦图像和各个所述子区域的焦距或物距，并建立三维模型。

在该技术方案中，将目标分割为多个子区域，分别对每个子区域进行对焦，通过图像处理判断是否对焦，获取正焦图像并记录焦距。根据各个子区域的焦 距或物距信息获得深度信息，并进行三维重建。该技术方案提供了一种快速三维重建方法，避免了双目视差法三维重建局部区域获得不了精确的三维深度信息。

进一步而言，所述子区域正焦图像识别模块，被配置为：

采集第k个子区域J_k的第i张变焦图像内与所述子区域相对应的M×N个像素的RGB值；

计算所述子区域J_k的第i张变焦图像的对焦评价函数值

获取所述子区域J_k在I张所述变焦图像中的对焦评价函数最大值所述对焦评价函数最大值相应的变焦图像为所述子区域的正焦图像；所述所述I为变焦图像总数，I为自然数；

所述

其中，所述i、k、M、N为自然数，所述x满足1≤x≤M，所述y满足1≤y≤N，所述R_i(x,y)、G_i(x,y)、B_i(x,y)分别为像素的RGB值；所述为子区域J_k内R像素平均值，所述为子区域J_k内G像素平均值，所述为子区域J_k内B像素平均值。

在该技术方案中，通过获取RGB三色的对焦评价函数，对焦评价精度高。

进一步而言，所述系统还包括：子区域比例放大模块；所述子区域比例放大模块被配置为：根据所述物距或焦距，生成子区域图像放大倍率，修正各个所述子区域的尺寸。

在该技术方案中，基于近大远小原理，根据焦距对各个图层的尺寸大小进行修正，即越靠近镜头的物体，放大倍率越小；其有益之处在于，提高三维建 模的精度和准确性。

本发明的有益效果是：本发明通过将目标物体分割为多个子区域，分别对每个子区域进行对焦，通过图像处理判断是否对焦，获取正焦图像并记录焦距。根据各个子区域的焦距或物距信息获得深度信息，并进行三维重建。该技术方案提供了一种快速三维重建方法，避免了双目视差法三维重建局部区域获得不了精确的三维深度信息。同时，本发明只需要一个拍摄镜头，在一个位置即可获得物体的三维模型。

附图说明

图1是本发明一具体实施方式的流程示意图；

图2是本发明一具体实施方式的系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示，本发明一实施例中提供一种基于变焦测距的三维建模方法，包括：

步骤S1、将目标物体划分为若干子区域；

步骤S2、变焦采集各个所述子区域图像，根据对焦评价函数值，获取所述子区域的正焦图像，并采集所述子区域的焦距或物距；所述变焦评价函数值用于衡量所述子区域是否准确对焦，所述正焦图像为所述子区域准确对焦的图像；

步骤S3、根据各个所述子区域的正焦图像和各个所述子区域的焦距或物距，建立三维模型。

下面对本实施例作进一步说明。

在本实施例中，首先，将目标物体划分为若干区域；在一可选的实例中， 是将拍摄设备上的物体图像划分为若干区域。

然后，对每个区域进行分别对焦，是否对焦成功是通过图像识别清晰度或者图像识别计算对焦评价函数值是否达到最大来判定的。

当对焦成功，此时拍摄获得子区域的图像就是正焦图像，显然的，需要对图像进行分割，将子区域的图像分割出来。现有常用镜头一般是通过变焦电机进行变焦的，变焦电机一般是采用步进电机。通过采集变焦电机的步数，即可获得变焦的焦距或者物距。其中，变焦电机步数与焦距关系曲线可以由厂商提供，也可以是通过实验获得，本公开并不对此限定。同理，变焦电机步数与物距关系曲线也可以有厂商提供，或者实验获得。值得一提的是，在一个变焦镜头中，可以包含两组电机，分别为变焦电机和聚焦电机，相应也可以存在焦距和电机步数关系。

值得一提的是，除了采用变焦电机变焦，还存在其它变焦方式，如通过电压调控实现液晶透镜、液体透镜变焦，本公开实例并不限定镜头的变焦方式。

最后，通过各个区域的正焦图像以及相应的焦距或物距信息，构建成三维模型。

在一可选实例中，通过子区域的焦距以及焦距-物距关系曲线，获得物体子区域的深度信息，获得三维模型。

在另一可选实例中，焦距和物距成正比，以焦距信息来构建与原物体呈现一定比例的三维模型。

在自动调焦系统中是通过计算机编程，利用一些算法规则来判断图像清晰度是否达到了最准确状态，带动电动对焦装置进行对焦，这个算法就称为对焦状态评价函数，简称为对焦评价函数。在本发明中，可以利用对焦评价函数， 从多个变焦图像中，获得正确对焦的图像。

可选地，对焦评价函数可以为灰度梯度函数、频域函数、信息学函数和统计学函数，现有技术中公开了相关评价函数的算法，这里不再赘述。

优选地，在本公开的实施例中，所采用的对焦评价函数为

具体而言，在本实施例中，所述步骤S2，具体包括：

采集第k个子区域J_k的第i张变焦图像内与所述子区域相对应的M×N个像素的RGB值；

计算所述子区域J_k的第i张变焦图像的对焦评价函数值

获取所述子区域J_k在I张所述变焦图像中的对焦评价函数最大值所述对焦评价函数最大值相应的变焦图像为所述子区域的正焦图像；所述所述I为变焦图像总数，I为自然数；

所述

其中，所述i、k、M、N为自然数，所述x满足1≤x≤M，所述y满足1≤y≤N，所述R_i(x,y)、G_i(x,y)、B_i(x,y)分别为像素的RGB值；所述为子区域J_k内R像素平均值，所述为子区域J_k内G像素平均值，所述为子区域J_k内B像素平均值。

在本实施例中，通过焦距获得三维模型的深度信息，而三维模型在X-Y面上的尺寸数据，则是由各个子区域大小尺寸决定的。实际上，根据近大远小法则，拍摄物体距离镜头越远，成像大小越小。故而，在本实施例中，根据物距或焦距对各个子区域的尺寸进行比例放大。

可选地，所述步骤S3，还包括：根据所述物距或焦距，生成子区域图像放 大倍率，修正各个所述子区域的尺寸。

在另一可选的实施例中，子区域图像放大倍率β与焦距f成正比，子区域图像放大倍率所述f₀为放大倍率为1所对应的焦距。在另一可选的实施例中，子区域图像放大倍率与物距成正比。

如图2所示，在本发明第二实施例中，提供一种基于变焦测距的三维建模系统，包括：

子区域划分模块，用于将目标物体划分为若干子区域；

图像采集模块，用于变焦采集各个所述子区域图像；

变焦驱动模块，用于驱动所述图像采集模块连续变焦；

拍摄焦距采集模块，用于采集所述子区域的焦距或物距；

子区域正焦图像识别模块，用于根据对焦评价函数值获取所述子区域的正焦图像；其中，所述变焦评价函数值用于衡量所述子区域是否准确对焦，所述正焦图像为所述子区域准确对焦的图像；

三维重建模块，用于根据各个所述子区域的正焦图像和各个所述子区域的焦距或物距，并建立三维模型。

可选地，对焦评价函数可以为灰度梯度函数、频域函数、信息学函数和统计学函数。

在本实施例中，所述子区域正焦图像识别模块，被配置为：

采集第k个子区域J_k的第i张变焦图像内与所述子区域相对应的M×N个像素的RGB值；

计算所述子区域J_k的第i张变焦图像的对焦评价函数值

获取所述子区域J_k在I张所述变焦图像中的对焦评价函数最大值所述对焦评价函数最大值相应的变焦图像为所述子区域的正焦图像；所述所述I为变焦图像总数，I为自然数；

所述

其中，所述i、k、M、N为自然数，所述x满足1≤x≤M，所述y满足1≤y≤N，所述R_i(x,y)、G_i(x,y)、B_i(x,y)分别为像素的RGB值；所述为子区域J_k内R像素平均值，所述为子区域J_k内G像素平均值，所述为子区域J_k内B像素平均值。

在本实施例中，所述系统还包括：子区域比例放大模块；所述子区域比例放大模块被配置为：根据所述物距或焦距，生成子区域图像放大倍率，修正各个所述子区域的尺寸。

在本实施例中，通过焦距获得三维模型的深度信息，而三维模型在X-Y面上的尺寸数据，则是由各个子区域大小尺寸决定的。实际上，根据近大远小法则，拍摄物体距离镜头越远，成像大小越小。故而，在本实施例中，根据物距或焦距对各个子区域的尺寸进行比例放大。

可选地，所述步骤S3，还包括：根据所述物距或焦距，生成子区域图像放大倍率，修正各个所述子区域的尺寸。

在另一可选的实施例中，子区域图像放大倍率β与焦距f成正比，子区域图像放大倍率所述f₀为放大倍率为1所对应的焦距。在另一可选的实施例中，子区域图像放大倍率与物距成正比。

在本实施例中，将拍摄设备对准目标物体，图像采集模块获得目标物体影像，子区域划分模块将该目标物体的影响划分为多个子区域，依次选取各个子区域进行变焦采集图像；每当采集完一张变焦图像，便同时通过拍摄焦距采集模块采集并记录该图像的拍摄焦距。每当采集完一个子区域的全部变焦图像， 则子区域正焦图像识别模块选取对焦评价函数值最高的变焦图像作为正焦图像，并截取图像上与子区域相对应的区域图像。然后，子区域比例放大模块根据正焦图像的焦距，对图像进行比例放大获得X-Y面尺寸。通过焦距、物距或深度信息以及X-Y面尺寸对目标物体进行三维重建。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。