10.7基于深度信息的三维现场重建在线视频

下面我们介绍一下

基于深度信息的三维现场重建

什么叫深度信息呢

我们知道

平面图像

就是说我们日常相机拍摄的照片

都是一个平面图像

它没有距离信息

那么我们把这种距离信息

叫做深度信息

depth information

如果一个照片有了深度信息

那么我们看到的

就是一幅立体的画面

在我们研究之初

也是迫切需要找到一款

能够不但拍摄图像的平面表面信息

还能获取物体的

距离信息的这样一个设备

那么通过选型

当时微软推出了这一款

叫做Kinect的设备

那么他具有一个深度的红外摄像头

通过发射这种红外线和接收机

感受发射和接收到信号的相位差

从而判断物体的距离

它和以往的测距方式不同

以往的测距离的方式

是通过发射光照到物体反射回来

然后计算这段时间

来确定距离

Kinect使用了红外线这种技术

从而使得它的造价成本很低

那么市场成本

大概一台也就1000多块钱左右

所以我们就选取了这款设备

作为我们案件现场的采集装置

它作为一个案件现场的采集设备

它有哪些优点呢

我们可以看到

左边是我们一个办公室的实景照片

右边是通过Kinect采集到的

具有深度信息的三维照片

那么初看一下

基本上是反映了物理的空间结构

但是Kinect存在什么问题呢

在近距离

他的测量效果是很好的

但是一旦到5米10米以外

由于噪声的关系

Kinect测量的距离信息

就不是很准了

所以在我们研发到后期阶段

发现这款设备

只能用于近距离的

全景现场的重建

那么还有没有更好的

技术解决方案呢

这时候

我们又研究了

三维激光扫描技术

什么是三维激光扫描仪呢

三维扫描技术是上世纪90年代

开始出现的一项新技术

他是测绘领域及GPS之后

又一项技术革命

为快速建立物体的三维影像

提供了一种全新的技术手段

它突破了传统单点测量的方法

激光扫描仪通过

高速激光扫描测量的方法

大面积高分辨率技术

快速获取被测物体的表面

三维坐标数据

下面这幅图我们可以看到

它是对一幢大楼

进行了一个三维的激光扫描

把大楼的外立面都获取到了

三维激光扫描技术的特点

第一点

它又叫做实景复制技术

由于拍摄过程中

计算到了

拍摄物体到摄像机的距离

以及拍摄物体点与点之间的距离

它可以全面反映

被拍摄到物体的物理尺寸

也就是说

我们还原到的图像

可以看到真实的物理尺寸

那么它还具有高效率

高精度的特殊优势

所谓的高效率是指

这个设备的自动化程度很高

基本上不需要人介入

设备可以自动完成对物体的拍摄

而且激光扫描的精度是非常高的

可以达到50米

小于毫米级别的误差

由于它具有快速的拍摄性能

与实际的拍摄物体不接触

可以实时动态主动的去获取

被拍摄物体的具体场景

所以他是一个非常实用的设备

可以被用于

获取高精度高分辨率的

数字地形模型

下面是主要的三款分类

包括手持式的三维扫描仪

和车载和地面扫描仪

以及基于飞行平台的三维扫描仪

这里的扫描仪是指激光扫描仪

我想问同学们

以上三款激光扫描仪

哪一款测量的精度高

有的同学说

其实我们可以看到

在飞行平台上

由于测量的距离非常远

基本上几百米上千米都有

还有几公里的

这种远距离的测量

激光照射的物体再反射回来

而且飞行平台在高速运动

那么它的测量精度

应该不高

反而是手持三维扫描仪

由于它是近距离

非常细致的

测量物体的表面

那么它的精度应该最高

而车载平台或者地面平台

介于两者之间

我想问第二个问题

以上三类激光扫描仪

哪一款比较适合

案件现场的拍摄

有的同学答对了

对了

是车载或者地面式的

因为它测量距离不远不近

刚好适于我们日常生活中的场景

下面我们讲一讲

三维激光扫描仪的工作原理

三维扫描仪是通过激光测距仪

和测角仪系统组合成的

自动化快速的测量系统

可以用于复杂的现场

和空间对象的测量

基于地面的激光扫描仪

最远距离可以达到1000多米

那么它最高的扫描频率

可以达到每秒几十万点

纵向扫描角接近90度

那么横向可以进行

360度的全方位扫描

而且他的扫描产生的数据

可以无线传输到

我们的计算机里

点云数据经过计算机处理后

结合CAD

可快速重构出

被测物体的三维模型

及线、面、体空间等

各种制图的数据

它的主要原理

就是由测距系统

和测角系统构成

如内置摄像机

以及双轴补偿器等等

它的工作原理是

通过测距系统

获取扫描仪到物体的距离

然后通过测角系统

获取扫描仪到待测物体的

水平角和垂直角

我们上一节也讲了

这种空间的极坐标

一个是距离

另外两个参数是水平角和垂直角

根据这三个参数计算出

待测物体的三维坐标信息

那么通过连续的

水平和垂直的扫描

可以对空间一定范围内

进行三维测量

从而形成一个

具有丰富点云数据的

三维彩色模型

那么这个就是它的三角测距法

其中我们可以看到

激光发射器Laser发射出一束光

我们可以看到激光发射器Laser

发射出一束激光

照射到待测物体Object

然后光会在物体上进行反射

反射到我们的图像接收器Imager

这时候照射角度

β是已知的

而发射器和接收器之间的距离

也是已知的

那么通过三角关系

我们就可以计算出

发射器到物体之间的距离d

这是我们三维激光扫描仪的

一个拍摄的实例

那么在拍摄过程中

我们可以看到

上面一幅图

是把三维扫描仪

放在大楼的正面地面上

对它进行一个扫描

那么它做水平扫描的同时

也做垂直扫描

我们可以看到

黄色线条指出的半圆

这就是三维激光扫描仪的位置

那么在这一点上

激光扫描仪获取了整个楼的

正面信息

获取到了整个楼面的

所有的点云数据

这些点云

它是具有空间位置的

所以我们可以把正面图

转移一个角度

通过下面的顶视图

来观察它

也就是说点云数据

是可以从多个角度进行观察的

点云数据目前主要应用在

设备部件的制造

质量的检查形变

多元化的视觉

以及三维卡通的制作等等

那么国际标准组织

也对现在新兴的点云压缩技术

开展了组织讨论

以确定基于点云数据的压缩标准

MPEG大家知道吧

我们常见的大部分视频格式

是MPEG运动图像专家组

由这个小组他们来制定的

目前MPEG也正在制定

基于点云的压缩标准

那么主要是基于几何的点云压缩

基于几何的点云压缩

又包括基于激光雷达

也就是我们三维激光扫描仪的

点云压缩

以及表面点云压缩

还有一种分支是基于视频的

点云压缩

那么以上就是激光扫描仪获取

被测物体的点云

以及点云的最新发展现状

谢谢大家