[發明專利]一種基于多視角的高精度實時三維彩色測量系統及其方法

有效

• 申請號: 201711270604.8
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN108036740B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 陳錢;陶天陽;左超;馮世杰;胡巖;尹維;顧國華;張玉珍
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

1.一種基于多視角的高精度實時三維彩色測量系統，其特征在于包括四臺黑白相機、一臺彩色相機、一臺投影儀、一臺計算機，其中四臺黑白相機對稱于投影儀的中軸線，并且投影儀一側各放置兩個黑白相機，彩色相機設置在任意一側并位于黑白相機的外側，所有相機通過數據線與計算機連接，通過觸發線與投影儀連接；所述的投影儀投影出三步相移條紋并同時產生與投影速率相同的觸發信號，觸發信號通過觸發線傳送給四臺黑白相機和彩色相機，所有相機在觸發信號的驅動下同步拍攝由投影儀投出經過被測物體調制的相移圖像，拍攝到的相移圖像通過數據線傳給計算機，由計算機對拍攝到的相移圖像進行絕對相位展開求得絕對相位得到初步的三維數據，然后通過初步的三維數據重新尋找對應點并亞像素化從而實現高精度三維測量，最后通過高精度的三維坐標點映射到彩色相機上完成彩色紋理映射。

2.一種基于多視角的高精度實時三維彩色測量方法，其特征在于步驟如下：

步驟一，投影儀、相機位置優化及測量系統標定，即由四臺黑白相機、一臺彩色相機、一臺投影儀、一臺計算機組成測量系統，投影儀投影條紋圖案并產生觸發信號，觸發信號通過信號線傳輸給四臺黑白相機與彩色相機，所有相機在觸發信號的驅動下同步拍攝由投影儀投出經過被測物體調制的相移圖像，拍攝到的相移圖像通過數據線傳給計算機；對投影儀、相機位置優化后，利用標定算法將整個測量系統標定到統一世界坐標系下，得到五個相機與投影儀在一個世界坐標系下的標定參數，并將這些參數轉化為二維到三維，三維到二維的映射參數；

步驟二，利用步驟一中標定好的測量系統拍攝圖像并進行包裹相位解算、深度約束、第一次極線約束以及第一次相位一致檢驗；

步驟三，對步驟二中剩下的二維或三維候選點依次進行第二次極線約束、第二次相位一致檢驗、第三次極線約束、第三次相位一致檢驗，以及四個相機的權重相位之和確定第一個相機上任一點的絕對相位；

步驟四，根據絕對相位計算出第一個相機C1上的點在第四個相機C4上的對應點并對這些對應點進行亞像素化；

步驟五，根據第一個相機C1上的點以及其亞像素對應點計算出空間三維點，完成三維數據獲取，具體如下：對于第一個相機C1上任意一點在得到其高精度對應點坐標后，通過下式

Z C 1 C 4 = M Z C 1 C 4 + N Z C 1 C 4 C Z C 1 C 4 x C 4 + 1 ]]>

X C 1 C 4 = E X C 1 C 4 Z C 1 C 4 + F X C 1 C 4 ]]>

Y C 1 C 4 = E Y C 1 C 4 Z C 1 C 4 + F Y C 1 C 4 ]]>

計算得到高精度三維坐標以及為步驟一中得到的第一個相機C1與第四個相機C4之間的二維到三維的映射參數；

步驟六，根據已經得到的三維數據求解出第一個相機C1在彩色相機C5上的對應點獲取對應點的彩色紋理，完成三維數據真彩色顯示，即對于第一個相機C1上的任意一點通過下式

( x C 5 , y C 5 ) = A C 5 R T C 5 ( X C 1 C 4 , Y C 1 C 4 , Z C 1 C 4 ) T ]]>

從而求得其在彩色相機C5上的對應點與為步驟一中的標定參數矩陣，將處的彩色信息映射到上便能完成三維數據真彩色顯示。