三維重建是指對(duì)三維物體建立適合計(jì)算機(jī)表示和處理的數(shù)學(xué)模型,是在計(jì)算機(jī)環(huán)境下對(duì)其進(jìn)行處理、操作和分析其性質(zhì)的基礎(chǔ),也是在計(jì)算機(jī)中建立表達(dá)客觀世界的虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)?；诹Ⅲw視覺的測(cè)量技術(shù)以其測(cè)量速度快、重建精度高、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)受到越來越廣泛的應(yīng)用，逐漸成為現(xiàn)代三維測(cè)量技術(shù)的主流。傳統(tǒng)的立體視覺測(cè)量技術(shù)需要兩臺(tái)甚至更多的相機(jī)，成本大大提高。兩個(gè)平面鏡相交放置，變換角度，通過兩平面鏡間的反射，產(chǎn)生多個(gè)不同視角圖像。因此，利用一個(gè)相機(jī)和兩個(gè)平面鏡采集圖像，能夠降低成本，提高效率。在物體三維模型構(gòu)建過程中，對(duì)于橫截面為圓形的物體，直接用圓形完成物體橫截面的擬合速度更快、準(zhǔn)確度高。

在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明的目的在于提出一種基于多圓擬合的物體三維建模方法，特別針對(duì)于橫截面為圓形的物體。

一種基于多圓擬合的物體三維建模方法，包括以下步驟：

第一步：將兩個(gè)平面鏡相交放置，(兩平面鏡間夾角為72±5°)，目標(biāo)物置于兩平面鏡夾角的角平分線上，與兩平面鏡交點(diǎn)間的距離為1±0.5cm，可根據(jù)相機(jī)參數(shù)及成像效果調(diào)整兩平面鏡夾角以及目標(biāo)物與兩平面鏡交點(diǎn)的距離，使相機(jī)從正面能夠捕捉到較為清晰的5個(gè)像；

第二步：調(diào)整相機(jī)的放大倍數(shù)或距離，使相機(jī)捕捉到的5個(gè)像得以均勻排列在單幀圖像上，從左至右分別稱為子圖1、子圖2、子圖3、子圖4、子圖5；

第三步：用標(biāo)定物替換目標(biāo)物位置，測(cè)量標(biāo)定物在像素縱坐標(biāo)上重心位置的變化以及在像素橫坐標(biāo)上寬度的變化，完成目標(biāo)物實(shí)像與虛像之間的比例和位置關(guān)系校準(zhǔn)，得到標(biāo)定結(jié)果；

第四步：根據(jù)標(biāo)定結(jié)果對(duì)4個(gè)虛像進(jìn)行放大以及位置調(diào)整，并對(duì)每個(gè)子圖進(jìn)行如下的數(shù)字圖像處理

第五步：采用大津閾值算法對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理，以圓盤模型對(duì)圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)開運(yùn)算，并提取圖像相鄰像素灰度值，確定圖像邊緣；

第六步：自上而下分別測(cè)量子圖中目標(biāo)物在各個(gè)像素橫坐標(biāo)上的直徑大小，并以直徑數(shù)值繪制相應(yīng)直徑的圓；

第七步：根據(jù)4個(gè)虛像與實(shí)像間的幾何關(guān)系，確定分別以4個(gè)虛像為基礎(chǔ)繪制所得的圓的圓心需要移動(dòng)的角度和距離；

第八步：通過移動(dòng)圓形的圓心位置，找出相鄰兩個(gè)圓形的交點(diǎn)，完成異形圖形擬合，具體操作為：根據(jù)雙平面鏡成像原理、相機(jī)參數(shù)、標(biāo)定結(jié)果，調(diào)整所繪制的5個(gè)圓形的圓心位置，以子圖1、子圖5為基礎(chǔ)繪制的圓形分別會(huì)與以子圖3為基礎(chǔ)繪制的圓形產(chǎn)生1個(gè)交點(diǎn)，分別選擇該交點(diǎn)作為擬合時(shí)的關(guān)鍵點(diǎn)；以子圖2為基礎(chǔ)繪制的圓形會(huì)與以子圖1為基礎(chǔ)繪制的圓形產(chǎn)生2個(gè)交點(diǎn)，選擇左側(cè)交點(diǎn)為擬合時(shí)的關(guān)鍵點(diǎn)；以子圖2為基礎(chǔ)繪制的圓形會(huì)與以子圖4為基礎(chǔ)繪制的圓形擬合時(shí)，分別找出像素橫坐標(biāo)為0時(shí)兩個(gè)圓的點(diǎn)，為保證擬合圖形完整，取像素縱坐標(biāo)較大的點(diǎn)作為擬合關(guān)鍵點(diǎn)；以子圖4為基礎(chǔ)繪制的圓形會(huì)與以子圖5為基礎(chǔ)繪制的圓形產(chǎn)生2個(gè)交點(diǎn)，選擇右側(cè)交點(diǎn)為擬合時(shí)的關(guān)鍵點(diǎn)。根據(jù)5個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)融合5個(gè)圓形為1個(gè)異形圖形，并合所有像素橫坐標(biāo)上的異形圖形即可得到目標(biāo)物的三維模型。

本發(fā)明提供的基于多圓擬合的物體三維建模方法，利用兩個(gè)平面鏡的連續(xù)反射，在一幅圖像中采集目標(biāo)物的多個(gè)視角圖像；借助圖像處理技術(shù)，得到目標(biāo)物二值圖像；利用雙平面鏡成像原理，繪制以各子圖中的紗線像素為直徑的圓并調(diào)整圓心位置，找出合適的相鄰子圖對(duì)應(yīng)圓之間的交點(diǎn)，擬合為異形圖形，并合所有異形圖形后完成目標(biāo)物三維模型重構(gòu)，對(duì)于橫截面為圓形的物體，得到的目標(biāo)物三維模型與實(shí)物相符。