[發明專利]一種面向光滑曲面網格無痕劃分的投影標記系統及其工作方法

在審

• 申請號: 201911194468.8
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN111028274A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 王漢熙;黃鑫;胡佳文;鄭曉鈞;蔣靳;王申奧;肖攀
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06T7/33
• 分類號: G06T7/33;G06T7/521;G06T17/10;G01B11/25
• 代理公司: 武漢天力專利事務所 42208
• 代理人: 吳曉穎

本發明屬于計算機視覺處理技術領域，提供一種面向光滑曲面網格無痕劃分的投影標記系統及其工作方法。該投影標記系統包括照相機、半透半反射鏡、筆記本電腦和激光光柵投影器；通過半透半反射鏡將曲面信息反射給照相機進行拍攝，照相機將拍攝的數據信息傳輸給筆記本電腦，筆記本電腦通過識別到的曲面的特征信息，自主組配網格圖案，確保線型、網格之間能夠無縫拼接，然后反饋給激光光柵投影器，最后通過半透半反射鏡將網格圖案投影到曲面上。采用本發明投影標記系統及其工作方法，使得三維掃描軟件能夠準確識別曲面上的編碼標記點信息，最終生成具有光滑曲面的三維模型。

技術領域

本發明屬于計算機視覺處理技術領域，具體涉及一種面向光滑曲面網格無痕劃分的投影標記系統及其工作方法。

背景技術

立體視覺是可用于獲取環境的3D信息的計算機視覺技術之一。立體視覺原理包括對來自兩個或更多個相機的某個表面進行成像。然后，解決相機之間的對應問題，可以使用三角測量來重建匹配像素的3D位置。但是，對應問題并不總是很容易解決。為了緩解這個問題，出現了結構光技術。這樣的技術基于用光源替換其中一個照相機。然后，將一組已知圖案投影到測量場景上，并利用其余相機抓取圖像，對應問題通過圖案投影到的所有點來解決。結構化光系統可以實現一些重要的功能，如：大量的3D重建點（高分辨率）均勻分布在測量表面上，在3D測量中具有良好的精度。大部分結構化光源系統都是基于將激光條紋掃描到測量表面上并獲取激光光源每個已知角度的圖像。這樣的系統獲得非常精確的測量結果，但是必須抓取的大量圖像且不允許測量移動表面。為了解決這種限制，可以使用一些主要基于獨特圖案投影的編碼結構光系統。

在三維掃描測量中，通常的三維測量系統一次只能得到被測物體一個側面的點云數據,要得到物體完整的形狀信息，需要多次移動攝像頭進行多視角檢測，步驟繁瑣。由于在不同視角進行測量時的坐標系不同，所以必須將多視角下測量的曲面三維數據進行數據拼接，將其轉換到同一坐標系下以得到物體整個表面的形狀信息。對于大面積物體全場檢測的三維數據拼接，為了避免多次拼接的累計誤差，數據拼接應利用數碼相機對物體進行大面積全場拍攝，在拼接中引入編碼標志點，通過對物體表面的標志點編碼特征及空間特征進行檢測、匹配，獲得全場各拍攝圖像之間的坐標變換關系，從而構造出物體的空間特征點框架，此基礎上利用小幅三維掃描獲得的點云數據“粘貼”到框架上的方法實現。

基于標記點的點云拼接方法拼接精度高，穩定性強，應用的較為廣泛，但測量前貼點比較耗時，特別是大型物體的形面測量；同時許多被掃描表面不允許粘貼標志點，如珍貴文物等；而且物體表面粘貼標記點的地方由于光的反射通常很難計算出三維數據，需要點云補洞、去除特征等后處理來恢復數據的完整性，所以粘貼標記點會影響測量的真實性，并加大后期點云處理的難度，所以基于標記點的點云拼接技術在實際使用時仍存在一定的限制。

對于一些光滑曲面，特別是一些沒有明顯輪廓特征的圓柱內外表面，則無法通過粘貼式的控制點生成真實坐標的三維模型。而主動光投影標記點因其較粘貼式標記點布置起來更為方便快捷，并具有很好的環境適應性而成為了三維掃描測量的重要研究內容。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種面向光滑曲面網格無痕劃分的投影標記系統及其工作方法，使得三維掃描軟件能夠準確識別曲面上的編碼標記點信息，最終生成具有光滑曲面的三維模型。

為實現以上目的，本發明采用的技術方案如下。

一種面向光滑曲面網格無痕劃分的投影標記系統，包括照相機、半透半反射鏡、筆記本電腦和激光光柵投影器；通過半透半反射鏡將曲面信息反射給照相機進行拍攝，照相機將拍攝的數據信息傳輸給筆記本電腦，筆記本電腦通過識別到的曲面的特征信息，自主組配網格圖案，確保線型、網格之間能夠無縫拼接，然后反饋給激光光柵投影器，最后通過半透半反射鏡將網格圖案投影到曲面上。