[發(fā)明專利]三維掃描儀及其三維模型重構(gòu)方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810101400.6
• 申請(qǐng)日: 2008-03-06
• 公開（公告）號(hào): CN101236660A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張利群;劉俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 張利群;劉俊
• 主分類號(hào): G06T11/00
• 分類號(hào): G06T11/00;G06T17/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 黃家俊

1.一種三維掃描儀，其特征是由光柵生成設(shè)備(3)，圖像采集設(shè)備(1)、(2)，標(biāo)定塊(4)，計(jì)算機(jī)通訊板卡(5)及外圍機(jī)械支撐設(shè)施構(gòu)成，光柵生成設(shè)備(3)與計(jì)算機(jī)通訊板卡(5)連接，圖像采集設(shè)備與計(jì)算機(jī)通訊板卡(5)連接，其數(shù)目可為一到八個(gè)，具體數(shù)目由系統(tǒng)精度要求以及被測(cè)物體大小規(guī)格而定，標(biāo)定塊(4)是一個(gè)尺寸經(jīng)過嚴(yán)格控制的印有精確圖案的標(biāo)準(zhǔn)量塊，計(jì)算機(jī)通訊板卡(5)是計(jì)算機(jī)控制圖像采集設(shè)備的中介設(shè)備，可以是1394接口卡或USB接口卡，外圍支撐設(shè)施可以是三腳機(jī)架、三坐標(biāo)機(jī)床。

2.一種三維模型重構(gòu)方法，其特征由以下步驟組成：

(1)首先對(duì)圖像采集設(shè)備進(jìn)行定標(biāo)；

(2)采集被測(cè)件在不同結(jié)構(gòu)光圖案照射下所反射產(chǎn)生的圖像，并由此計(jì)算出被測(cè)件上的反射點(diǎn)位置(點(diǎn)云)及貼于被測(cè)件上標(biāo)志點(diǎn)的位置；

(3)點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接算法

第一步：在被測(cè)件上固定若干易于利用圖像處理技術(shù)進(jìn)行識(shí)別的標(biāo)志點(diǎn)后，開始投射光柵并進(jìn)行圖像采集，每次圖像采集都需保證能拍攝到多于三個(gè)以上的標(biāo)志點(diǎn)，并保證所采集到的標(biāo)志點(diǎn)圖像具有足夠的信息量；

第二步：匹配標(biāo)志點(diǎn)，在兩拼接數(shù)據(jù)的標(biāo)志點(diǎn)集中選擇三對(duì)對(duì)應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行長邊對(duì)長邊、短邊對(duì)短邊的三角形匹配，在匹配成功的情況下利用點(diǎn)對(duì)剛性變換算法進(jìn)行兩拼接數(shù)據(jù)標(biāo)志點(diǎn)集的完全對(duì)應(yīng)匹配，其中剛性變換算法的具體步驟為：首先按式Cp=Σi=1npin,]]>Cq=Σi=1nqin]]>計(jì)算左點(diǎn)集重心C_p和右點(diǎn)集重心C_q；然后按p_i′＝p_i-C_p，q_i′＝q_i-C_q計(jì)算相對(duì)位置P′和Q′，其中左相對(duì)坐標(biāo)P′＝{p′_i|i＝1，2，3，...，n}，右相對(duì)坐標(biāo)Q′＝{q′_i|i＝1，2，3，...，n}；再按式M=Σi=1nqi′(pi′)T]]>計(jì)算交互協(xié)方差矩陣M；接著按式K-1/2=1λ1u1u1T+1λ2u2u2T+1λ3u3u3T]]>計(jì)算對(duì)稱矩陣K＝M^TM，以及K的特征值λ₁、λ₂、λ₃及其相應(yīng)特征向量u₁、u₂、u₃，并由此計(jì)算矩陣K的半正定平方根的逆K^-1/2；最后由R＝MK^-1/2計(jì)算出旋轉(zhuǎn)變換量R，并由t＝C_q-RC_p計(jì)算出平移變換量t；

第三步：分別確定兩拼接數(shù)據(jù)集的以法向錐方式表達(dá)的法向空間；

第四步：將法向所處區(qū)間均勻劃分為若干部分，在每個(gè)部分中按一定數(shù)目取樣點(diǎn)進(jìn)入后續(xù)操作；

第五步：在兩拼接數(shù)據(jù)集中找到最近點(diǎn)對(duì)，即所有滿足條件的點(diǎn)對(duì)<p_n，p^(n-1)>，其中p_n是C_n，s中距離p^(n-1)最近的點(diǎn)，而p^(n-1)也是C_s^(n-1)中距離p_n最近的點(diǎn)，若點(diǎn)對(duì)數(shù)目過少則需返回第二步重新選取另一種標(biāo)志點(diǎn)的配對(duì)方案；

第六步：找到所有最近點(diǎn)對(duì)，在點(diǎn)對(duì)集合中取樣一部分點(diǎn)對(duì)進(jìn)行剛性變換計(jì)算，若計(jì)算出的剛性旋轉(zhuǎn)量及平移量無法讓所選取的點(diǎn)對(duì)距離平均值變小，則結(jié)束剛性變換量計(jì)算，以當(dāng)前位置作為拼接位置，否則重復(fù)本步操作直至結(jié)束。