[發明專利]基于三維自然紋理數據掃描機的多視場數據拼接方法

有效

• 申請號: 201410044047.8
• 申請日: 2014-01-22
• 公開（公告）號: CN103776390B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: 周延周;向志聰;王欽若;譚伯倫;賴文敬
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于高點陣密度和高精度三維自然紋理數據掃描機的多視場數據拼接方法，其特征在于，具體步驟為：

(1)、將激光器（1）垂直固定在被測樣品（6）的表面上，三維左相機（2）和三維右相機（3）通過旋轉固定裝置（10）固定在一起；

(2)、將三維左相機（2）和三維右相機（3）傾斜布置，并保證三維左相機（2）和三維右相機（3）的中軸線與激光器（1）中軸線相交并成相同的夾角；此時，激光器（1）、三維左相機（2）和三維右相機（3）組成雙三角形三維測量高度結構；

(3)、激光器（1）發出的線結構光照射在被測樣品（6）上；計算機（7）通過X、Y軸運動控制器（8）和導軌（9）控制X軸直線電機（4）和Y軸直線電機（5）作勻速掃描；

(4)、在掃描過程中，X軸直線電機（4）和Y軸直線電機（5）帶動激光器（1）、三維左相機（2）和三維右相機（3）對被測樣品拍攝多幅小視場圖像；

(5)、根據激光三角法測量原理，得到每個視場的x，y，z點云數據，即三維圖片；對生成的三維圖片噪點和三維圖片內存在大量噪點的小區域即噪塊進行濾波處理；

(6)、完成步驟(5)的濾波處理后，對各視場進行三維圖像匹配和拼接；采用基于三維圖片高度信息的互相關法進行圖像匹配和拼接，具體步驟分為4步：

①、選取第一幅三維圖片靠近接口處的N列像素，構建初始像素矩陣；第二幅三維圖片則選出一個N列像素大小的對比像素矩陣；從第二幅圖片的邊緣處開始掃描，此時得到一個相關性系數的波形，把相關系數波形達到最大值時的窗口作為拼接窗口，完成圖像的匹配；初始像素矩陣和對比像素矩陣的相關系數為：

其中，P₁、P₂分別對應三維圖片沿x、y方向的總像素大小；m、n分別為矩陣的行列數；z₁為初始像素矩陣各像素點的高度值；z₂為對比像素矩陣各像素點的高度值；上標符號“-”表示求均值；

②、找到兩幅三維圖片的重合位置后，因為直線電機在X軸兩端難以保持在z方向上的高度絕對一致，所以兩幅三維圖片整體的高度值存在差異；采用補償法消除兩幅三維圖片整體的高度值差異，設第一幅三維圖片的初始像素矩陣高度平均值為α₁，第二幅三維圖片的對比像素矩陣高度平均值為α₂，于是有：

則高度補償值Δ＝α₁-α₂；設第一張三維圖片的灰度值為I₁，第二張三維圖片的灰度值I₂，則高度補償后的第二幅三維圖片灰度值I′₂為：

I′₂＝I₂+Δ；

③、高度補償后的第二幅三維圖片，切割為只保留以x軸為正向的拼接矩陣外三維圖片部分；將第一幅三維圖片和切割并高度值補償后的第二幅三維圖片合成一幅新的三維圖片灰度值I₁₂，完成三維圖像拼接；

④、圖像拼接后，因為兩幅三維圖片在接口處出現較為明顯的分界線，所以切去第一幅三維圖片中最接近接口處的k列像素點；然后選取第二幅三維圖片k列相似度最高的像素點補充進來，這k列像素點就是兩幅三維圖片的拼接接口；

(7)、將多幅三維圖片按上述步驟進行圖像匹配和拼接，生成一幅完整的被測樣品三維形貌圖。