[發明專利]一種基于多重測量的光柵三維掃描方法及系統

有效

• 申請號: 202010028698.3
• 申請日: 2020-01-11
• 公開（公告）號: CN111023994B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 龔靜;黃文超;劉改
• 申請（專利權）人: 武漢玄景科技有限公司
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 武漢天領眾智專利代理事務所(普通合伙) 42300
• 代理人: 劉點

本發明提供一種基于多重測量的光柵三維掃描方法及系統，包括根據高精度圓點標定板，標定左右相機和光柵投影儀的內外參數；左右相機同步采集光柵投影儀投影在待掃描物體上的光柵圖像組，并對光柵圖像組進行相位解碼、去噪和補償處理，得到左右相機的相位編碼圖；根據得到的標定參數、左右相機的相位編碼圖以及光柵投影儀的編碼信息，計算待掃描物體的物方三維坐標，包括左右相機同時和光柵投影儀重疊的區域、左相機和光柵投影儀重疊但與右相機無重疊的區域、右相機和光柵投影儀重疊但與左相機無重疊的區域。本發明可利用左右相機和光柵投影儀的多重觀測，實現相同設備條件下更大掃描范圍的快速精細三維掃描，克服傳統雙目光柵三維掃描方法中同名點匹配速度慢和左右相機視角因遮擋導致有效掃描區域小的問題。

技術領域

本發明屬于圖像三維信息重構的技術領域，涉及一種基于多重測量的光柵三維掃描方法及系統。

背景技術

近年來，非接觸式光柵三維掃描測量技術在工業檢測、逆向工程、人體掃描、文物保護、電腦游戲、數字電影、物理仿真、家居飾品等多個領域都有廣泛的應用和廣闊的前景。

目前國內外三維重建系統大致分為三類：第一類是通過相機拍攝多個角度影像，從二維圖像序列中重建出物體的三維結構，這類方法成本較低，但重建結果精度低、計算復雜。第二類是基于精密設備，如激光掃描儀、核磁共振儀等，直接測量物體三維信息。這類方法基于精密傳感器直接測量，所以精度高，但是設備昂貴且對使用場景限制較大。第三類是目前國內外市場上最成熟的結構光重建方法，該方法操作簡單、測量精度高、成本低、適用場景廣泛。

傳統雙目光柵三維掃描方法是最常見的結構光重建方法，這類方法基于雙目結構——固定姿態的左右相機和中間的光柵投影儀結構，其結構示意圖如圖1所示，通過拍攝投影光柵編碼的圖像序列，在相機和投影儀視場重疊的區域，左右相機匹配同名點進而重建出三維點。然而，傳統雙目光柵三維掃描方法仍存在以下兩點不足之處：

1.傳統雙目光柵三維掃描方法在計算三維點坐標時，左右相機的同名點匹配需要在整個核線范圍搜索，搜索區域大，耗時長，目前的優化策略都不利于算法并行化。

2.傳統雙目光柵三維掃描方法，由于相機姿態的限制，在存在遮擋的情況下如圖2，左右相機和投影的重疊區域大大縮小，也即有效掃描區域小。

發明內容

本發明針對傳統雙目光柵三維掃描方法重建過程中同名點匹配慢和遮擋情況下有效掃描區域小的問題，提供了一種基于多重測量的光柵三維掃描方法，其過程包括以下步驟：

步驟1，根據高精度圓點標定板，標定左右相機和光柵投影儀的內外參數；

步驟2，左右相機同步采集光柵投影儀投影在待掃描物體上的光柵圖像組，并對光柵圖像組進行相位解碼、去噪和補償處理，得到左右相機的相位編碼圖；

步驟3，根據步驟1得到的標定參數、步驟2得到的左右相機的相位編碼圖以及光柵投影儀的編碼信息，計算待掃描物體的物方三維坐標。

而且，步驟1的實現具體包括以下步驟：

步驟1.1，左右相機同步采集不同角度下的高精度圓點標定板的標定圖像；

步驟1.2，提取左右相機標定影像上的圓點中心坐標，根據圓點標定板上的定位點進行左右標定影像同名點的識別，利用多個角度標定影像的同名點及標定板尺寸參數實現左右相機內外標定參數的求解，同時重建出標定板上圓點中心的物方坐標；

步驟1.3，對步驟1.1的標定影像進行相位解碼，得到每個像點的編碼信息，將編碼信息轉化為光柵投影儀的行列坐標；

步驟1.4，根據步驟1.2提取的圓點中心，從步驟1.3得到的左右相機標定影像的光柵投影儀行列信息中分別插值出圓點中心所對應的光柵投影儀行列坐標，將左右相機得到的同名點的光柵投影儀行列坐標求均值作為圓點中心所對應的光柵投影儀行列坐標；