[發(fā)明專利]一種三維測量表面溫度場重建方法

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• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112614215A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李明磊
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06T15/55
• 分類號: G06T15/55;G06T17/00;G06F30/20;G06F119/08
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1.一種三維測量表面溫度場重建方法，其特征在于，結(jié)合了結(jié)構(gòu)光掃描和示溫漆圖像判讀的三維測量表面溫度場重建方法，包括步驟：

(1)構(gòu)建使用投影儀和工業(yè)相機組成的三維測量表面溫度場重建裝置，所述裝置的硬件設(shè)備包含投影儀設(shè)備和成像相機；

(2)標(biāo)定相機的內(nèi)外參數(shù)，使用標(biāo)定板，對相機的相對位置姿態(tài)和圖像內(nèi)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，獲得標(biāo)定參數(shù)；

(3)投影儀照射出一組序列化的編碼結(jié)構(gòu)光，照射到被測物體表面，被測物體表面由于結(jié)構(gòu)光的照射，在不同的時刻和不同的位置，存在明暗交替的變化；

(4)在投影儀投射出結(jié)構(gòu)光的同時，相機進(jìn)行拍照，記錄下每一次明暗變化的物體的圖像，得到一組序列化的被測物體的結(jié)構(gòu)光圖像；

(5)根據(jù)結(jié)構(gòu)光編碼規(guī)則，對數(shù)字圖像進(jìn)行結(jié)構(gòu)光解碼，得到圖像的像素的編碼值；

(6)根據(jù)相機的標(biāo)定參數(shù)和像素的編碼值，三維重建，建立三角測量空間關(guān)系，根據(jù)三角測量原理，計算圖像像素對應(yīng)的物理世界中的物體的三維坐標(biāo)；

(7)在漫散射白光條件下，保持掃描設(shè)備與物體的位置關(guān)系不變，相機拍照，得到被測物體的顏色紋理照片，這是示溫漆底圖；

(8)相機拍照條件不變，再拍照一張示溫漆標(biāo)準(zhǔn)樣片比色板的照片；

(9)將紋理照片的顏色值賦給三維重建的三維坐標(biāo)；

(10)根據(jù)示溫漆標(biāo)準(zhǔn)樣片比色板的數(shù)字照片，提取每個不同溫度值下的樣片的顏色區(qū)間，求顏色區(qū)間的中值，與對應(yīng)溫度建立起顏色和溫度對照表RGB-T，所述R表示彩色圖像色彩參數(shù)中紅色通道亮度值，G表示彩色圖像色彩參數(shù)中綠色通道亮度值，B表示彩色圖像色彩參數(shù)中藍(lán)色通道亮度值，T表示與RGB顏色對應(yīng)的溫度值；

(11)使用三維空間插值算法，對顏色和溫度對照表進(jìn)行加密；

(12)在重建三維表面模型的溫度場時，提取三維模型的每一個位置的顏色值，在顏色和溫度對照表中，找到最鄰近的顏色值，并且取出溫度值，賦給對應(yīng)的三維模型的位置，從而得到三維模型溫度場分布信息；所述三維模型溫度場為三維點云模型和三維網(wǎng)格模型，模型的頂點顏色和網(wǎng)格面片的顏色為步驟(7)所述的紋理顏色；模型的頂點和網(wǎng)格面片還記錄了溫度參數(shù)。

(13)在三維表面溫度場模型中，使用顏色聚類和邊緣提取算法，所述顏色聚類使用綜合顏色空間和距離空間的相似性度量的K均值據(jù)類算法，得到區(qū)域分割結(jié)果；所述邊緣提取算法是將聚類后的區(qū)域的邊緣提取，獲得等溫線和溫度分割效果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種三維測量表面溫度場重建方法，其特征在于，步驟(2)所述的標(biāo)定板是機器視覺領(lǐng)域的規(guī)則標(biāo)定板，可以使用棋盤格標(biāo)定板和實心原點標(biāo)定板。標(biāo)定要獲得的參數(shù)包括相機的主距、主點、畸變、相對位置和姿態(tài)轉(zhuǎn)角參數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種三維測量表面溫度場重建方法，其特征在于，步驟(3)所述的序列化的編碼結(jié)構(gòu)光，使用格雷碼或相移碼的編碼方式，生成編碼的模式圖像。所述的編碼的模式圖像，由投影儀投射出來，照射到物體表面。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種三維測量表面溫度場重建方法，其特征在于，步驟(4)所述的相機進(jìn)行拍照，投影儀每次投射一張編碼的模式圖像，相機就拍照一張照片，投影儀投射和相機照射依次循環(huán)進(jìn)行。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種三維測量表面溫度場重建方法，其特征在于，步驟(7)所述的相機拍照得到被測物體的紋理照片，所述的紋理照片是反映被測物體的顏色的照片，所述的紋理照片是沒有受到編碼的模式圖像影響的照片，所述的紋理照片的顏色真實的反映了示溫漆的顏色。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種三維測量表面溫度場重建方法，其特征在于，步驟(8)所述的相機拍照條件是等同于步驟(7)所述的漫散射白光條件保持掃描設(shè)備與物體的位置關(guān)系；步驟(8)所述的再拍照得到一張示溫漆標(biāo)準(zhǔn)樣片比色板的照片；所述的示溫漆標(biāo)準(zhǔn)樣片比色板的照片的顏色真實反映了示溫漆標(biāo)準(zhǔn)樣片比色板的顏色。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種三維測量表面溫度場重建方法，其特征在于，步驟(9)所述的顏色值賦給三維重建的三維坐標(biāo)是得到三維坐標(biāo)和顏色的一一對應(yīng)。