[發(fā)明專利]一種基于結構光和多光場相機的三維檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011431946.5
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112630469B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發(fā)明（設計）人: 金欣;周思瑤
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳國際研究生院
• 主分類號: G01P5/20
• 分類號: G01P5/20
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 方艷平

本發(fā)明公開了一種基于結構光和多光場相機的三維檢測方法，包括：搭建包括結構光光源和多個光場相機的三維檢測系統(tǒng)，將待檢測目標物的參考物放置在所述三維檢測系統(tǒng)的工作范圍內，對所述參考物進行基于結構光的三維重建得到參考物三維模型，再將待檢測目標物放置在所述三維檢測系統(tǒng)的工作范圍內，對所述待檢測目標物進行基于結構光的三維重建得到待檢測目標物三維模型；然后對所述參考物三維模型和所述待檢測目標物三維模型做三維檢測，輸出所述待檢測目標物的關鍵點的三維位置。本發(fā)明充分利用光場相機和結構光在近景三維重建領域的優(yōu)勢，能夠精確且高效地完成對工作范圍內目標物的三維檢測。

技術領域

本發(fā)明涉及計算機視覺與數(shù)字圖像處理領域，尤其涉及一種基于結構光和多光場相機的三維檢測系統(tǒng)與方法。

背景技術

光學三維檢測技術是一類重要的非接觸式檢測技術，具有非接觸、效率高、精度適中等優(yōu)點，在工業(yè)檢測、航空航天、農業(yè)生產等領域中有廣泛的應用。光學三維檢測根據(jù)系統(tǒng)照明方式不同，可分為主動法和被動法兩種。結構光三維檢測是常用的主動三維檢測方法，在目標物表明投射結構光，然后通過相機采集到的二維圖像重建物體表面信息，其檢測模型簡單，精度較高，但是檢測信息簡單。多目立體視覺檢測是典型的被動式三維檢測方法，該方法根據(jù)多個相機之間的位置關系，結合視差原理求解物體的三維坐標。該方法的優(yōu)點是普適性強，缺點是檢測精度較低。

以上背景技術內容的公開僅用于輔助理解本發(fā)明的構思及技術方案，其并不必然屬于本專利申請的現(xiàn)有技術，在沒有明確的證據(jù)表明上述內容在本專利申請的申請日已經公開的情況下，上述背景技術不應當用于評價本申請的新穎性和創(chuàng)造性。

發(fā)明內容

為解決上述技術問題，本發(fā)明提出一種基于結構光和多光場相機的三維檢測系統(tǒng)與方法，充分利用光場相機和結構光在近景三維重建領域的優(yōu)勢，能夠精確且高效地完成對工作范圍內目標物的三維檢測。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

本發(fā)明的一個實施例公開了一種基于結構光和多光場相機的三維檢測方法，包括：搭建包括結構光光源和多個光場相機的三維檢測系統(tǒng)，將待檢測目標物的參考物放置在所述三維檢測系統(tǒng)的工作范圍內，對所述參考物進行基于結構光的三維重建得到參考物三維模型，再將待檢測目標物放置在所述三維檢測系統(tǒng)的工作范圍內，對所述待檢測目標物進行基于結構光的三維重建得到待檢測目標物三維模型；然后對所述參考物三維模型和所述待檢測目標物三維模型做三維檢測，輸出所述待檢測目標物的關鍵點的三維位置。

優(yōu)選地，基于結構光的三維重建步驟具體包括：

S1：通過多個所述光場相機相應采集多個光場，并標定出所述結構光光源發(fā)出的光線分別到多個光場的單應性矩陣；

S2：將所述三維檢測系統(tǒng)的工作范圍劃分為多個子視場，對每個所述子視場采用步驟S1得到的單應性矩陣配準對應的光場，得到多個子視場光場；

S3：對每個所述子視場光場，進行基于結構光的三維重建。

優(yōu)選地，步驟S1中標定出所述結構光光源發(fā)出的光線分別到多個光場的單應性矩陣具體包括：

計算光場相機相對于標定板在空間中的位姿參數(shù)以及所述光場相機的內參，確定待檢測的目標物表面的三維空間坐標與所述光場相機所采集的光場中四維坐標點之間的對應關系以得到所述結構光光源發(fā)出的光線分別到多個光場的單應性矩陣。

優(yōu)選地，步驟S1中標定出所述結構光光源發(fā)出的光線分別到多個光場的單應性矩陣具體包括：

采集帶有結構光條紋的標定板圖像，提取標定板圖像的角點與結構光條紋的中心特征點，經過篩選和匹配，再根據(jù)下述第一至第三轉換關系式求解世界坐標系與光場雙平面坐標系之間的轉換關系，得到所述結構光光源發(fā)出的光線分別到多個光場的單應性矩陣

第一轉換關系式為光線與相機坐標系下空間點的相交關系式：