一种将普通照片生成为实体模型的方法、装置与系统

技术领域

本发明属于数字化服务技术领域，具体涉及一种将普通照片生成为实体模型的方法、装置与系统。

背景技术

三维成像是数字技术领域的热门方向，其中最主要的是三维全息成像技术，其次还包括三维激光扫描、航空和陆地摄影测量等其他技术，所有这些技术都依赖专业设备、软件或专业的人工服务，往往都针对特定的应用场景，难以实现无人值守，应用成本相对较高，难以实现服务大众需求的推广应用。三维激光扫描和三维打印技术联合使用是其中的典型案例，虽然最近20年来三维扫描仪价格不断走低，但一般仍然高达数十万，且需要配置专业软件和高级计算机处理数据，高成本使得这一技术难以实现普及性应用和创造新的商业机会。也正是成本原因，所有电商平台的商品都采用多张普通照片展示，更不具备开展休闲娱乐活动所需要的条件。

将普通照片生成三维实体模型是需要拍摄多张相互重叠的照片，其中的核心是三维成像技术，最终效果主要取决于两个环节，一是普通照片的质量，包括各照片之间光照条件的差异程度和重叠程度等，略有瑕疵都影响到最终的效果乃至成败；其次是三维模型算法，迄今为止全部采用三维重建算法。

公开号为CN106023302A的发明专利公开了一种移动通信终端、服务器及其实现三维重建的方法，通过服务器将照片合成三维数据，并由服务器将三维模型数据发送至移动通信终端，移动通信终端根据三维模型数据进行三维可视化渲染。虽然该方法操作简单快捷，但由于捕捉照片高度依赖移动通信终端，而移动终端设备拍摄的照片质量参差不齐，且难以满足三维重建对照片质量、角度、重叠度的高要求，因此难以大规模三维重建高精度实例模型。

公开号为CN109816594A的专利公开一种实体全景照片制作方法，其拍摄空间多面照片后拼接成全景照片，对照片后期处理后利用三维建模软件进行数字模型建模，通过3D打印技术进行实体模型制作，其可以还原拍摄场景的全景空间信息在实体空间的映射，但是其依赖于多种已有的图片处理和三维建模软件，对专业软件、计算机性能和人工作业的要求较高，且不能实现实体对象的高精度打印。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种将普通照片生成为实体模型的方法、装置与系统，用于解决难以根据普通照片生成高精度实例模型的问题。

本发明第一方面，公开一种将普通照片生成为实体模型的方法，所述方法包括：

通过摄像设备对实体对象进行近景拍照，得到实体对象的多张二维高清图像；

将多张二维高清图像保存至本地或上传至云服务器；

在本地或云服务器上通过内置的图像合成算法进行图像合成，并生成实体对象的三维模型；所述图像合成算法根据多张二维高清图像建立实体对象的密集点云，通过三角化网格技术和离散光滑插值算法建立实体对象的初步三维图像，根据密集点云和二维高清图像的对应关系生成点云投影图像，对初步三维图像表面进行贴图，重复以上操作直至网格面精细程度和平滑程度满足精度要求，生成实体对象的三维模型；

通过输出端口打印实体对象的三维模型，生成三维实体模型。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述摄像设备包括拍摄框架、多个摄像头和无影灯，多个摄像头和无影灯分别设置在拍摄框架内壁；各个摄像头的规格相同，且均由数码相机和深度传感器联合标定组成。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述通过摄像设备对实体对象进行近景拍照的过程中，对实体对象进行全方位视角同步拍照，且保证相邻照片的重叠度大于预设阈值。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述通过三角化网格技术和离散光滑插值算法建立实体对象的初步三维图像具体包括：

基于三角化网格技术预设一个三角形网格面；

以实体对象的密集点云作为目标点，将三角形网格面动态逼近目标点所在位置；

通过离散光滑插值算法和网格加密技术不断的对三角形网格面进行加密、逼近计算，重复以上操作直至网格面精细程度和平滑程度满足精度要求，得到实体对象的初步三维图像。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述根据密集点云和二维高清图像的对应关系生成点云投影图像，对初步三维图像表面进行贴图，生成实体对象的三维模型具体包括：

据密集点云和二维高清图像的对应关系进行点云投影，生成点云投影图像；

采用点云投影图像对初步三维图像表面进行贴图，生成初步三维图像整体的纹理贴图；

通过纹理贴图对初步三维图像的网格进行充填并逐渐形成覆盖面，得到实体对象的三维模型。

本发明第二方面，公开一种将普通照片生成为实体模型的装置，所述装置包括：

摄像设备，用于对实体对象进行近景拍照，得到实体对象的多张二维高清图像；

存储模块，用于将摄像设备拍摄的多张二维高清图像保存至本地；

合成模块，用于从存储模块获取多张二维高清图像，通过内置的图像合成算法进行图像合成，并生成实体对象的三维模型；所述图像合成算法根据多张二维高清图像建立实体对象的密集点云，通过三角化网格技术和离散光滑插值算法建立实体对象的初步三维图像，根据密集点云和二维高清图像的对应关系生成点云投影图像，对初步三维图像表面进行贴图，生成实体对象的三维模型，并通过输出端口发送至打印设备；

打印设备，用于打印实体对象的三维模型，生成三维实体模型。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述合成模块具体包括：

点云生成模块：用于从存储模块获取多张二维高清图像，根据多张二维高清图像建立实体对象的密集点云；

初步三维图像模块：用于基于三角化网格技术预设一个三角形网格面；以实体对象的密集点云作为目标点，将三角形网格面动态逼近目标点所在位置；通过离散光滑插值算法和网格加密技术不断的对三角形网格面进行加密、逼近计算，重复以上操作直至网格面精细程度和平滑程度满足精度要求，得到实体对象的初步三维图像；

纹理贴图模块：用于根据密集点云和二维高清图像的对应关系进行点云投影，生成点云投影图像；采用点云投影图像对初步三维图像表面进行贴图，生成初步三维图像整体的纹理贴图；通过纹理贴图对初步三维图像的网格进行充填并逐渐形成覆盖面，得到实体对象的三维模型。

本发明第三方面，公开一种将普通照片生成为实体模型的系统，所述系统包括：

多个本发明第二方面所述的将普通照片生成为实体模型的装置，多个所述装置在地理上分散部署，用于以自助的方式将普通照片生成为实体模型；

云服务器，内置有所述图像合成算法，云服务器分别与各个所述将普通照片生成为实体模型的装置通过互联网连接；

所述云服务器自动检测各个所述装置的工作状态，根据繁忙程度自动调整各装置的任务分配，或者接收对应装置的摄像设备拍摄的多张二维高清图像并保存，通过内置的图像合成算法进行图像合成，并生成实体对象的三维模型，将实体对象的三维模型反馈给对应装置。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

1)本发明可在本地或云服务器上通过内置的图像合成算法进行图像合成，生成实体对象的三维模型；该图像合成算法不依赖于常规的三维重建技术，而是通过三角化网格技术和离散光滑插值算法进行网格逼近和纹理贴图，输出反映实体对象表面轮廓的三维模型，可以以最少网格数量获得满足精度要求的拍摄对象表面的三维轮廓，能够大幅降低数据处理的技术要求并同时提高效率，快速打印高精度的三维实体模型，可以用于建立新型休闲娱乐网络，也可以用于实体复制、商品展示等其他场景；

2)本发明以实体对象的密集点云作为目标点，将三角形网格面动态逼近目标点所在位置，通过离散光滑插值算法和网格加密技术不断的对三角形网格面进行加密、逼近计算，得到实体对象的初步三维图像，根据密集点云和二维高清图像的对应关系进行点云投影，对初步三维图像表面进行高精度贴图，不仅能够保证网格质量，还能消除人工干预和实现无人作业，避免常用的三维重建类型算法可能出现的空洞，免除了修补工作所需的人工作业和成本消耗，实现快捷、低成本的普及性应用；

3)本发明提出的将普通照片生成为实体模型的系统可以使各个装置异地部署，各个装置能够以无人值守、自助方式将普通照片生成三维实体模型，云服务器自动检测各个所述装置的工作状态，根据繁忙程度自动调整各装置的任务分配，可充分利用系统资源和实现差异化服务，比如异地图像合成或打印，可以减少用户等待时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的将普通照片生成为实体模型的方法流程图；

图2为本发明的摄像设备示例图；

图3为本发明的将普通照片生成为实体模型的系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提出一种将普通照片生成为实体模型的方法，所述方法包括：

S1、通过摄像设备对实体对象进行近景拍照，得到实体对象的多张二维高清图像。

摄像设备具体包括拍摄框架、多个摄像头和无影灯，多个摄像头和无影灯分别设置在拍摄框架内壁；各个摄像头的规格相同，且均由数码相机和深度传感器联合标定组成。空间布置、数量、焦距和拍摄的同步性等按照三维照片合成的要求设计，拍摄角度可自由调整，保证满足三维合成时对照片质量的高要求。

如图2所示为一个摄像设备的示例图，其拍摄框架的主体为半球形设计，球形内壁嵌有多个摄像头和无影灯，目的在于在同等的照明和拍照条件下较其他形状获得更细致的全景视图和更好的照片质量。该半球形设计包括但不限于1/2的球体体积，一般建议在1/2至3/4之间，半球体直径视应用场景的要求而异，一般情况建议在1m以内。摄像头的像素不低于1000万，拍摄对象可置于球形装置底座的拍摄区域内，摄像头焦距和视角可调，拍摄对象物距越大、外形越精细复杂时对像素要求相应越高。

通过摄像设备对实体对象进行近景拍照的过程中，对实体对象进行全方位视角同步拍照，且保证相邻方位拍摄的照片之间保持60％以上的重叠面积。

摄像设备的外形不仅限于球体，尺寸也不做具体限定，形状和尺寸大小的差异将导致摄像设备的拍摄方位和焦距具备多样化选择，需根据拍摄物的外形、尺寸和应用场景要求做出相应的调节，尺寸大小通过计算机指令配合机械设备进行调节，在无人值守的情况下可进行自动收缩和延展。

S2、将多张二维高清图像保存至本地或上传至云服务器。

本发明采集的实体对象的图像可以选择保存至本地或直接上传至云服务器，可以选择在本地或云服务器上处理数据。

S3、在本地或云服务器上通过内置的图像合成算法进行图像合成，并生成实体对象的三维模型。

本发明的图像合成过程根据实际需要可以选择在本地合成或在云服务器上合成。云服务器实施监测本地的图像合成任务状态，当本地合成任务过多时，云服务器可以进行任务调配，选择在云服务器上合成，再将图像合成结果返回给本地。

本发明将普通照片合成三维照片时，先对不同方位拍摄的普通照片根据光学特征进行配对，通过复杂的坐标计算获得反映对象表面轮廓的大量坐标点，即点云，通过点云中离散点之间的连接将离散点连接成连续面，获得对象轮廓三维数字化模型。而点云中各离散点的疏密程度、均匀性、缺陷不仅决定了模型精度，也直接影响数据处理过程对专业软件、计算机性能和人工作业的要求，因此影响应用成本和可普及性、提供休闲娱乐服务的可能性。因此，本发明的照片合成过程采用三角化网格技术和离散光滑插值算法进行网格逼近和纹理贴图，输出反映实体对象表面轮廓的三维模型。

本发明的图像合成算法根据多张二维高清图像建立实体对象的密集点云，通过三角化网格技术和离散光滑插值算法建立实体对象的初步三维图像，根据密集点云和二维高清图像的对应关系生成点云投影图像，对初步三维图像表面进行贴图，生成实体对象的三维模型。

具体的，通过图像合成算法进行图像合成，生成实体对象的三维模型的步骤包括：

S31、根据多张二维高清图像建立实体对象的密集点云。

摄像头采集实体对象的二维高清图像时，同时采集对应的深度数据，利用深度数据创建三维点云簇，即根据拍摄物中心的深度值形成密集点云，同时获取对应的二维高清图像在三维成像中所处的位置。

S32、基于三角化网格技术预设一个三角形网格面，以实体对象的密集点云作为目标点，将三角形网格面动态逼近目标点所在位置；

S33、通过离散光滑插值算法和网格加密技术不断的对三角形网格面进行加密、逼近计算，重复以上操作直至网格面精细程度和平滑程度满足精度要求，得到实体对象的初步三维图像。

S34、根据密集点云和二维高清图像的对应关系进行点云投影，生成点云投影图像；

S35、采用点云投影图像对初步三维图像表面进行贴图，生成初步三维图像整体的纹理贴图；通过纹理贴图对初步三维图像的网格进行充填并逐渐形成覆盖面，得到实体对象的三维模型。

S4、通过输出端口打印实体对象的三维模型，生成三维实体模型。

合成的实体对象的三维模型所包含的三维信息能够帮助大幅提高图像识别准确性，还可通过显示屏进行旋转、缩放等操作实现与用户的互动，打印出的三维实体模型可以替代普通照片用于商品展示等场景，可以获得更好的展示效果并具备休闲娱乐属性。

与上述方法实施例相对应，本发明还提出一种将普通照片生成为实体模型的装置，所述装置包括：

摄像设备，用于对实体对象进行近景拍照，得到实体对象的多张二维高清图像；

存储模块，用于将摄像设备拍摄的多张二维高清图像保存至本地；

合成模块，用于从存储模块获取多张二维高清图像，通过内置的图像合成软件进行图像合成，并生成实体对象的三维模型；该图像合成软件内嵌图像合成算法。

所述图像合成算法根据多张二维高清图像建立实体对象的密集点云，通过三角化网格技术和离散光滑插值算法建立实体对象的初步三维图像，根据密集点云和二维高清图像的对应关系生成点云投影图像，对初步三维图像表面进行贴图，生成实体对象的三维模型，并通过输出端口发送至打印设备；

所述合成模块具体包括：

点云生成模块：用于从存储模块获取多张二维高清图像，根据多张二维高清图像建立实体对象的密集点云；

初步三维图像模块：用于基于三角化网格技术预设一个三角形网格面；以实体对象的密集点云作为目标点，将三角形网格面动态逼近目标点所在位置；通过离散光滑插值算法和网格加密技术不断的对三角形网格面进行加密、逼近计算，重复以上操作直至网格面精细程度和平滑程度满足精度要求，得到实体对象的初步三维图像；

纹理贴图模块：用于根据密集点云和二维高清图像的对应关系进行点云投影，生成点云投影图像；采用点云投影图像对初步三维图像表面进行贴图，生成初步三维图像整体的纹理贴图；通过纹理贴图对初步三维图像的网格进行充填并逐渐形成覆盖面，得到实体对象的三维模型。

打印设备，用于打印实体对象的三维模型，生成三维实体模型；

以上将普通照片生成为实体模型的装置除了上述摄像设备、存储模块、合成模块和打印设备外，还包括显示屏、处理器、控制面板、电源和USB接口、蓝牙等部件，以方便地进行照片/三维模型显示、控制、实体打印和数据传输。

本发明的将普通照片生成为实体模型的装置直接面向用户，独立工作时完成照片拍摄、合成和实体模型的打印；联网运行时多个装置均与云服务器连接组成一个系统，各个装置均起到系统端口的作用，可由系统优化任务分配、诊断系统故障等。

在上述的一种将普通照片生成为实体模型的装置的基础上，本发明还提出一种将普通照片生成为实体模型的系统，如图3所示，所述系统包括：

多个上述的一种将普通照片生成为实体模型的装置，多个所述装置在地理上分散部署，用于以自助的方式将普通照片生成为实体模型；

云服务器，内置有图像合成软件，云服务器分别与各个所述将普通照片生成为实体模型的装置通过互联网连接；

所述云服务器自动检测各个所述装置的工作状态，根据繁忙程度自动调整各装置的任务分配，或者接收对应装置的摄像设备拍摄的多张二维高清图像并保存，通过内置的图像合成软件运行图像合成算法进行图像合成，并生成实体对象的三维模型，将实体对象的三维模型反馈给对应装置。

照片合成软件同时安装在云服务器上和本地装置上，用户不直接操作该软件，可以以云服务的形式实现照片合成，可以实现自助和无人值守作业。

本发明所提出的将普通照片生成为实体模型的装置具有自助式和独立性的特点，装置的自助式和独立性表现为每个装置都能够以自助的方式完成普通照片生成三维实体模型的过程，因此能够在地理上分散部署，满足生成商业规模的要求。所提出的将普通照片生成为实体模型的系统由异地部署的一台及以上装置通过互联网和云服务器连接成而成，能够在不需要人工干预的情况下将普通照片自动合成为三维照片，然后通过输出端口打印成三维实体模型。联网情况下服务器能够自动检测各装置的工作状态，实现自动或根据需要分配任务，比如根据繁忙程度自动调整各装置的任务，当某个装置的任务较多时，将该装置的部分任务分配给其余闲置装置，通过远程协同工作完成三维照片的合成。断网时则允许每个装置独立完成三维照片合成和实体模型打印。

以上装置实施例和系统实施例是基于方法实施例实施的，装置实施例和系统实施例简述之处请参阅方法实施例即可。

以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以分布到多个网络单元上。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。