[發明專利]基于雙棱鏡單攝像機三維測量工業內窺鏡系統及測量方法

在審

• 申請號: 201910048191.1
• 申請日: 2019-01-18
• 公開（公告）號: CN109668509A
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發明（設計）人: 陳文建;阮文舒;李武森;潘賀賀
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/24
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 馬魯晉

本發明公開了基于雙棱鏡單攝像機三維測量工業內窺鏡系統及測量方法，系統包括：LED照明模塊、雙棱鏡單攝像機模塊、手柄模塊、攝像機采集驅動與圖像處理模塊、顯示模塊以及數據編解碼與存儲模塊；測量方法包括以下步驟：首先采集圖像獲得左右視圖；然后對系統參數進行單目標定；接著對雙棱鏡單攝像機進行雙目標定與校正；然后由LED照明模塊照射待測場景表面，并采集待測場景的左右視圖；之后對待測場景的左右視圖進行校正；再獲取校正后左右視圖的視差圖；最后獲取待測場景的三維坐標圖、感興趣的點或區域的三維坐標圖即形貌。本發明能對管道內壁等狹窄空間進行雙目拍攝、三維重建與三維測量，具有易制造、快速與高精度測量等優勢。

技術領域

本發明屬于三維測量領域，特別涉及一種基于雙棱鏡單攝像機三維測量工業內窺鏡系統及測量方法。

背景技術

雙目視覺三維測量系統具有快速、無損、無接觸測量在地圖測繪、軍事測距、偵查、工業零件快速測量、檢驗、產品驗收具有廣泛應用。雙目視覺三維測量系統最早應用于測距與形貌測量，其特點是體積大、兩個鏡頭之間的距離比較長、長焦距、并且沒有進行圖像單雙目目標定與校正，所以當目標在比較遠處測量誤差會比較大。隨著計算機技術的發展，數字圖像的出現，工業制造與其他行業要求越來越高，各種基于雙目鏡頭結合計算機圖像處理技術問世滿足了各行各業當前需求。

當雙目三維測量系統應用比較廣泛時，仍然有一些場景人類通過人眼難以觀察或者比較難獲得高精度測量，例如內管道磨損測量，發動機內壁磨損測量等所以各種輔助工具如超聲波測量、X光測量、單目視覺測量、雙目視覺測量被發明。其中雙目視覺測量因比其他方法具有更快速、更精確、多場合適用等優勢被許多學者關注研究與廠商采用。這時候出現了一個難題是當在管道內部或者人眼看不見的發動機內壁采用雙目視覺測量系統時必須有足夠空間來擺放兩個攝像機以及照明裝置。許多學者開始專注于設計出一種微型的雙攝像機系統和微型照明裝置。這樣的設計目前很少制造商能夠以足夠高的精度加工出成品。另外當采用微型鏡頭時也必須采用微型圖像傳感器，而這些微型傳感器價格比普通尺寸傳感器的價格高很多。如果采用單目攝像機很顯然鏡頭尺寸不需要做得很小，至少可以可以做到雙目系統其中一個鏡頭兩倍大也不影響攝像機在管道移動。可是以往單目鏡頭一般每一次拍攝只能獲取一張圖像，使得測量精度很顯然不如雙目視覺測量系統更可靠。

國際上已經有人采用雙對稱棱鏡單攝像機進行三維測量。2016年，L.F.Wu等人在文獻《An Accurate Method for Shape Retrieval and Displacement MeasurementUsing Bi-Prism-Based Single Lens 3D Digital Image Correlation》提出了一種基于雙棱鏡單攝像機數字圖像相關性的精確形狀檢測和位移測量方法，即采用一個長焦距的工業攝像機在前面加上一個雙對稱棱鏡，使得攝像機每一次拍攝都能拍到景物的兩張不同的圖像，實現單攝像機雙目視覺。Wu的模型建立在長焦距鏡頭而且系統只能適用于對體積要求并不高的場合，普適性一般。

發明內容

本發明所解決得技術問題在于提供一種基于雙棱鏡單攝像機三維測量工業內窺鏡系統和方法。

實現本發明目的的解決方案為：基于雙棱鏡單攝像機三維測量工業內窺鏡系統，包括LED照明模塊、雙棱鏡單攝像機模塊、手柄模塊、攝像機采集驅動與圖像處理模塊、顯示模塊以及數據編解碼與存儲模塊；

所述LED照明模塊設置于雙棱鏡單攝像機模塊上，并且兩者的光軸平行，且置于同一檢測通道中；所述雙棱鏡單攝像機模塊與手柄模塊相連，雙棱鏡單攝像機模塊和攝像機采集驅動與圖像處理模塊通過套入在手柄模塊內的數據線相互連接；所述攝像機采集驅動與圖像處理模塊同時與顯示模塊、數據編解碼與存儲模塊相連；

所述LED照明模塊，用于為待測場景照明；

所述雙棱鏡單攝像機模塊，用于實現單攝像機同時采集兩幅待測場景圖，分別記為左視圖和右視圖；