[發明專利]結合激光點陣和偏振視覺的雙目三維成像方法

在審

• 申請號: 201911285489.0
• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN111121722A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 陸健;劉曉剛;劉禮城;林新迪;張宏超
• 申請（專利權）人: 南京理工大學;上海航天控制技術研究所
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

1.一種結合激光點陣和偏振視覺的雙目三維成像方法，其特征在于，該方法基于雙目三維成像系統，系統包括隨機點陣激光模組(1)、鏡片組模塊(2)、雙目偏振相機(3)、固定云臺(4)和計算機(5)，所述方法包括以下步驟：

步驟1、對雙目偏振相機(3)進行標定得到標定參數，再由隨機點陣激光模組(1)中連續激光器出射的激光經過準直透鏡和衍射光柵形成激光點陣，激光點陣經過調焦后作用在目標物體上；

步驟2、由鏡片組模塊(2)進行濾波，濾除環境背景干擾光，抑制一部分耀光，再由標定后的雙目偏振相機(3)獲得0度、45度、90度、135度四對不同偏振角度目標物體圖像，并篩選出表面耀光最小，像素飽和點最少的一對圖像作為有效目標圖像；

步驟3、將步驟2中得到的左右相機圖像利用步驟1得到的標定參數進行極線校正，得到校正后的左右相機目標圖像；

步驟4、將步驟3得到的左右目標圖像進行預處理，步驟3得到的圖像中的點陣所成像是一個個散斑，先將所有散斑中覆蓋像素點數小于設定閾值的散斑作為噪聲點濾除，閾值由所有散斑平均覆蓋的像素點決定，然后對剩下的每個散斑進行標記，標記方法是將整個散斑進行高斯擬合，擬合得到的中心點作為新的坐標，該坐標即作為散斑的代表點坐標，即一個點代表一個散斑；

步驟5、將步驟4預處理得到的左右目標圖像進行疊加，以左圖像作為參考圖像，左圖像上的代表點作為參考點，在一定范圍內橫向向左搜索右圖像上的最近代表點，該范圍為匹配閾值，匹配閾值是一個可調參數，并計算兩點列坐標的差值作為該參考點的視差；

步驟6、利用步驟5得到的參考點坐標和視差，結合相機的標定參數，計算得到各個點的世界坐標，即得到目標的表面三維點云，從而得到目標的相對位置和姿態信息；

步驟7、根據步驟6得到的結果來分別調整點云密度和匹配閾值，并重復步驟1到步驟6從而得到三維點云，若只調整匹配閾值則只重復步驟5到步驟6；

步驟8、利用步驟2中得到的所有角度偏振圖像進行點云計算，重復步驟3到6，將四組點云進行點云融合得到目標表面三維成像。

2.根據權利要求1所述的結合激光點陣和偏振視覺的雙目三維成像方法，其特征在于，所述鏡片組模塊(2)中包含濾波片和/或偏振片。

3.根據權利要求1所述的結合激光點陣和偏振視覺的雙目三維成像方法，其特征在于，步驟5具體為：

將步驟4預處理得到的左右圖像進行疊加，然后將左圖像作為參考圖像，左圖像點陣代表點作為參考點，并與右圖像進行逐點匹配，匹配方法是以左圖像參考點作為出發點，向左橫向搜索右圖像中離它最近的點就是對應匹配點，參考點和匹配點之間的列坐標差值作為視差，并篩除視差突變的點，橫向搜索范圍即最大、最小搜索高度，由極線校正精度和光斑中心計算精度決定，縱向搜索距離即最大、最小搜索寬度，由點陣密度和工作距離決定，橫向和縱向搜索范圍組成匹配閾值。

4.根據權利要求1所述的結合激光點陣和偏振視覺的雙目三維成像方法，其特征在于，步驟6具體為：

利用步驟5得到的參考點像素坐標和對應視差，結合雙目相機標定參數，利用重投影法計算得到每個點的世界坐標X、Y、Z，世界坐標系與校正后的左相機坐標系重合，或者利用左相機的校正矩陣逆運算將世界坐標系與校正前左相機坐標系重合，利用這些點進行點云重構，得到目標的位置和姿態，點云的密度由步驟1產生的激光點陣密度和目標圖像對數決定。

5.根據權利要求1所述的結合激光點陣和偏振視覺的雙目三維成像方法，其特征在于，所述隨機點陣激光模組(1)包括連續激光器、衍射光柵和準直透鏡，所述連續激光器的輸出波長是近紅外波段，衍射光柵采用隨機點陣DOE鏡片，用于產生不同的點陣分布和點云密度。

6.根據權利要求1所述的結合激光點陣和偏振視覺的雙目三維成像方法，其特征在于，所述極線校正采用Bouguet極線校正。