[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(shè)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

一種基于相機陣列的三維形貌重構(gòu)方法，涉及非接觸式光學測量領(lǐng)域。具體包括：搭建相機陣列系統(tǒng)；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，兩部分區(qū)域存在重疊區(qū)域，控制相機進行拍照；采用多次散斑匹配方法求取重疊區(qū)域中計算點在兩個世界系下的世界坐標；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。本發(fā)明基于亞像素點散斑匹配方法，采用四臺相機組成相機陣列，無需額外操作，根據(jù)相機拍攝圖片之間的重疊區(qū)域通過計算即可實現(xiàn)大尺寸物體三維形貌的重構(gòu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及非接觸式光學測量領(lǐng)域，尤其涉及一種基于相機陣列的三維形貌重構(gòu)方法。

背景技術(shù)

在航空航天等領(lǐng)域里，對于精確測量物體的三維形貌有很大的需求。對于一些精度較高以及柔性較大的物體，有時無法使用傳統(tǒng)的接觸式測量方法進行測量。近年來，隨著光學儀器設(shè)備的發(fā)展以及成本的降低，光學測量得到了很大的發(fā)展。數(shù)字圖像相關(guān)是一種基于光學測量的非接觸式測量方法，在位移、應變等測量上得到了廣泛的應用。而傳統(tǒng)的利用雙相機組成的三維數(shù)字圖像相關(guān)測量系統(tǒng)測量范圍有限，無法實現(xiàn)對大尺寸試件的測量。因此，如何利用多臺相機組成的相機陣列進行大尺寸物體三維形貌重構(gòu)成為了一個亟需解決的實際工程問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于相機陣列的三維形貌重構(gòu)方法，目的在于基于亞像素點散斑匹配方法，根據(jù)相機拍攝圖片的重疊區(qū)域通過計算即可實現(xiàn)大尺寸物體三維形貌的重構(gòu)，操作簡單，易實現(xiàn)。

為達到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于相機陣列的三維形貌重構(gòu)方法，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；

(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；

(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。

優(yōu)選的，所述步驟(3)中，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)域計算點的世界坐標的步驟如下：

(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。

優(yōu)選的，所述步驟(4)中采用多次散斑匹配方法求取被測試件重合區(qū)域中計算點在兩個世界坐標系中的世界坐標的步驟如下：

(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)；