[發(fā)明專利]基于相機陣列的三維形貌重構(gòu)方法

有效

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• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112697065B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設計）人: 費慶國;胡甜賜;朱銳;姜東;馬蕾;曹芝腑
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11467
• 代理人: 王雪

1.一種基于相機陣列的三維形貌重構(gòu)方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)搭建相機陣列系統(tǒng)，所述相機陣列系統(tǒng)中包括四臺相機C1、C2、C3、C4，其中，相機C1和C2組成一套三維數(shù)字圖像相關(guān)測量系統(tǒng)，C3和C4組成一套三維數(shù)字圖像相關(guān)測量系統(tǒng)；

(2)固定被測試件，在被測試件表面噴灑隨機散斑，將被測試件分為兩部分測量區(qū)域A1和A2，A1和A2之間存在重疊區(qū)域，控制相機進行拍照，相機C1和C2拍攝A1區(qū)域，相機C3和C4拍攝A2區(qū)域，四臺相機拍攝圖片分別為Img1，Img2，Img3，Img4；

(3)采用三維數(shù)字圖像相關(guān)算法計算被測試件兩部分拍攝區(qū)域的世界坐標，包括：

(31)以Img1，Img2為計算圖像，采用三維數(shù)字圖像相關(guān)算法，計算相機C1、C2拍攝區(qū)域內(nèi)散斑點的世界坐標，世界坐標系為相機C2的光心坐標系；

(32)以Img3，Img4為計算圖像，采用三維數(shù)字圖像相關(guān)算法，計算相機C3、C4拍攝區(qū)域內(nèi)散斑點的世界坐標，世界坐標系為相機C3的光心坐標系；

(4)采用多次散斑匹配方法求取相機重疊區(qū)域中計算點在兩個世界系下的世界坐標，包括：

(41)從Img2中的重合區(qū)域內(nèi)選取圖像坐標中待計算的散斑點(x₂₁,y₂₁)，以該散斑點為中心點，選取一個正方形子區(qū)作為模板，通過三維數(shù)字圖像相關(guān)算法計算該散斑點在以相機C2的光心坐標系為世界坐標系中的世界坐標(x_w21,y_w21,z_w21)；

(42)通過第一次散斑匹配在Img3中搜索散斑點(x₂₁,y₂₁)對應的圖像坐標(x₃₁,y₃₁)；

(43)通過第二次散斑匹配在Img4中搜索散斑點(x₂₁,y₂₁)對應的圖像坐標(x₄₁,y₄₁)；

(44)根據(jù)雙目視覺原理，計算得到該散斑點在以相機C3的光心坐標系為世界坐標系中的世界坐標(x_w31,y_w31,z_w31)；

(45)重復步驟(41)、(42)、(43)、(44)，計算重合區(qū)域N個散斑點分別在兩個世界坐標系中的世界坐標，其中N4；

(5)根據(jù)重疊區(qū)域計算點的世界坐標，求取兩個世界坐標系之間轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移矩陣T，并將所有測量點的世界坐標統(tǒng)一到一個坐標系下，重構(gòu)被測物體三維形貌。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于相機陣列的三維形貌重構(gòu)方法，其特征在于，所述步驟(5)中，根據(jù)重疊區(qū)域計算點的世界坐標，求取兩個世界坐標系之間轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移矩陣T，并將所有測量點的世界坐標統(tǒng)一到一個坐標系下，重構(gòu)被測物體的三維形貌，具體步驟如下：根據(jù)坐標系轉(zhuǎn)換關(guān)系：

其中，R為旋轉(zhuǎn)矩陣，T為平移矩陣，i表示散斑點；

由N個計算點計算得到N個等式，將第一個計算點得到的等式減去其散斑點得到：

寫成矩陣形式：

即：

X_w2＝RX_w3

其中：

旋轉(zhuǎn)矩陣R通過最小二乘法計算得到：

得到平移矩陣T：

根據(jù)求得的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣將相機C3、C4拍攝的所有測量點的坐標轉(zhuǎn)換到以C2相機光心坐標系為世界坐標系中，重構(gòu)被測試件完整三維形貌。