[發明專利]一種基于單目機器視覺的非接觸三維掃描方法

無效

• 申請號: 201210371439.6
• 申請日: 2012-09-28
• 公開（公告）號: CN102840827A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 張志毅;袁林;王芳
• 申請（專利權）人: 西北農林科技大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/24
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 汪人和

1.一種基于單目機器視覺的非接觸三維掃描方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）制作背景板，背景板包括相互連接的左標定板和右標定板，在左標定板和右標定板上相互對稱的設置若干個均勻分布的坐標點；

2）在背景板前放置攝像頭，通過激光筆依次點亮左標定板和右標定板上的坐標點，以攝像頭中心點為坐標原點，提取各個坐標點的位置，以左標定板、右標定板上的坐標點分別構建其背景平面方程；

3）將待掃描的物體放置在左標定板和右標定板之間，激光筆持續晃動照射，此時攝像頭能實時捕獲到激光照射到待掃描物體表面上的圖像；

在激光筆照射時，提取激光中心線，然后分別取激光線打在左標定板上的兩個點和打在右標定板上的兩個點構造激光線平面；

4）以攝像頭中心點為坐標原點，通過激光筆照射到物體表面上的圖像，提取得到激光光條中心線點，稱為激光線點；通過激光線點與攝像頭中心點構成直線方程，該直線方程與激光線平面相交于一點，將圖像中的激光光條中心線上的所有點轉換為相對與攝像頭中心點的三維空間點；

5）利用所構建的左標定板、右標定板的平面方程作為篩選器，把不是平面上的三維空間點篩選出來就得到了落在待掃描物體表面上的三維空間點，得到了被掃描物體表面的三維空間信息，三維空間信息是以攝像頭中心點為坐標原點的；

6）建立一個對應于圖像大小的二維數組，將得到的被掃描物體表面的三維空間點信息存儲到二維數組中，再按照OBJ格式要求，將數據寫入OBJ文件中；

7）按照OBJ文件的繪制方式利用OpenGL圖形繪制接口繪制顯示，得到掃描物體的三維點云顯示結果。

2.如權利要求1所述的基于單目機器視覺的非接觸三維掃描方法，其特征在于，所述的左標定板和右標定板的連接角度可調。

3.如權利要求1所述的基于單目機器視覺的非接觸三維掃描方法，其特征在于，所述的坐標點為12個，左標定板和右標定板上均設有六個坐標點，其中每三個坐標點均勻分布在一條直線上，形成兩條相互平行的直線。

4.如權利要求1所述的基于單目機器視覺的非接觸三維掃描方法，其特征在于，所述的坐標點為10個，左標定板和右標定板上均設有五個坐標點，這五個坐標點均勻分布在呈十字形相互垂直的兩條直線上。

5.如權利要求1所述的基于單目機器視覺的非接觸三維掃描方法，其特征在于，利用光強式結構光中心提取方法或者亮度圖的差分式結構光中心提取方法得到激光中心線。

6.如權利要求5所述的基于單目機器視覺的非接觸三維掃描方法，其特征在于，所述的光強式結構光中心提取方法，包括以下步驟：

首先在圖像的空間域中首先給定一個閾值，當圖像中某個位置的亮度值大于設定的閾值時提取該點，否則跳過該點，進行下一個；

然后再將提取到的點中運用重心法進行計算就得到光條中心結構光中心點；

最后按照圖像的高斯分布法則，在上述提取的中心點上，對每個點進行Hessian矩陣運算，得到中心點的法線，最終得到光條中心的亞像素精確點。

7.如權利要求5所述的基于單目機器視覺的非接觸三維掃描方法，其特征在于，所述的亮度圖的差分式結構光中心提取方法，包括以下步驟：

第一步，將RGB三通道圖轉換為亮度圖，然后在圖像中沒有激光亮條紋時提取20幀圖像作為背景幀，對這20幀圖像進行均值計算，最后的均值圖像作為最后的背景幀；

第二步，在圖像中出現激光條紋后，將此時的圖像減去背景幀，最后剩下中心亮條紋；

第三步，再按照上面的光條紋光強提取辦法，再利用重心法即求得激光光條的中心。

8.如權利要求1所述的基于單目機器視覺的非接觸三維掃描方法，其特征在于，所述的激光筆照射晃動的頻率為0.05赫茲，即20秒遍歷待掃描物體一次。