[發(fā)明專利]一種基于旋轉(zhuǎn)臺的三維點(diǎn)云拼接重建方法

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• 申請日: 2021-05-07
• 公開（公告）號: CN113205603A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉幸;蒯能巧;過志強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 無錫信捷電氣股份有限公司
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20;G06T3/40;G06F17/12
• 代理公司: 無錫經(jīng)誠知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32504
• 代理人: 丁雨燕

1.一種基于旋轉(zhuǎn)臺的三維點(diǎn)云拼接重建方法，其特征在于，包括：

(1)搭建三維拼接重建系統(tǒng)：所述三維拼接重建系統(tǒng)包括3D相機(jī)、PC機(jī)、驅(qū)動器、伺服電機(jī)和旋轉(zhuǎn)臺，所述3D相機(jī)和所述驅(qū)動器分別與所述PC機(jī)連接，所述伺服電機(jī)與所述驅(qū)動器連接，所述伺服電機(jī)與所述旋轉(zhuǎn)臺連接，所述旋轉(zhuǎn)臺上用于放置待測物體，所述3D相機(jī)用于對所述待測物體進(jìn)行拍照并傳輸至所述PC機(jī)獲取圖像和點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

(2)旋轉(zhuǎn)臺標(biāo)定：在所述旋轉(zhuǎn)臺表面豎直放置有帶有至少一個圓形標(biāo)志點(diǎn)的標(biāo)定板，所述標(biāo)定板可在所述旋轉(zhuǎn)臺的驅(qū)動下進(jìn)行同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；通過3D相機(jī)拍攝所述標(biāo)定板獲取圖像數(shù)據(jù)和對應(yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；通過圓識別算法提取所述標(biāo)定板上圓形標(biāo)志點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)圓心亞像素坐標(biāo)，并利用插值方法獲取對應(yīng)的圓心三維坐標(biāo)；對同一圓形標(biāo)志點(diǎn)的運(yùn)動軌跡擬合平面和球面方程，聯(lián)立可求解每個所述圓形標(biāo)志點(diǎn)旋轉(zhuǎn)中心的三維坐標(biāo)，對多個旋轉(zhuǎn)中心利用最小二乘法擬合直線參數(shù)，則該直線參數(shù)即為旋轉(zhuǎn)臺標(biāo)定參數(shù)；

(3)點(diǎn)云拼接：通過所述旋轉(zhuǎn)臺標(biāo)定參數(shù)和對應(yīng)的所述旋轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)間隔計(jì)算各視角點(diǎn)云間位姿轉(zhuǎn)換關(guān)系，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云拼接，并完成點(diǎn)云融合；

(4)點(diǎn)云表面重建：對融合后的點(diǎn)云計(jì)算法線，構(gòu)建表面隱式函數(shù)，利用最小二乘法求解該函數(shù)系數(shù)，再由移動立方體算法提取等值面，即實(shí)現(xiàn)表面重建功能。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于旋轉(zhuǎn)臺的三維點(diǎn)云拼接重建方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)臺呈圓形，且圓心處與所述伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸垂直連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于旋轉(zhuǎn)臺的三維點(diǎn)云拼接重建方法，其特征在于，所述標(biāo)定板為正方形或長方形，表面設(shè)置有至少一個所述圓形標(biāo)志點(diǎn)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于旋轉(zhuǎn)臺的三維點(diǎn)云拼接重建方法，其特征在于，在步驟(2)中，所述通過3D相機(jī)拍攝所述標(biāo)定板獲取圖像數(shù)據(jù)和對應(yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，具體為：在相機(jī)的視野范圍內(nèi)多次旋轉(zhuǎn)所述旋轉(zhuǎn)臺，旋轉(zhuǎn)間隔保持一致，所述旋轉(zhuǎn)每旋轉(zhuǎn)一次，所述3D相機(jī)即對所述標(biāo)定板拍照一次，并獲取相應(yīng)的標(biāo)定板灰度圖像和有向點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于旋轉(zhuǎn)臺的三維點(diǎn)云拼接重建方法，其特征在于，在步驟(2)中，所述通過圓識別算法提取所述標(biāo)定板上圓形標(biāo)志點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)圓心亞像素坐標(biāo)，并利用插值方法獲取對應(yīng)的圓心三維坐標(biāo)，具體為：由所述圓識別算法提取每張標(biāo)定板圖像上圓形標(biāo)志點(diǎn)圓心的亞像素坐標(biāo)，由該亞像素坐標(biāo)得到相鄰4個點(diǎn)的整數(shù)像素坐標(biāo)，同時由這4個像素索引獲取有向點(diǎn)云數(shù)據(jù)中對應(yīng)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，可利用這4個三維點(diǎn)進(jìn)行插值以獲取高精度的圓心三維坐標(biāo)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于旋轉(zhuǎn)臺的三維點(diǎn)云拼接重建方法，其特征在于，設(shè)圓形標(biāo)志點(diǎn)圓心的亞像素坐標(biāo)為P_c＝(u_c，v_c)，該坐標(biāo)周圍相鄰的4個整數(shù)像素坐標(biāo)為P_c0＝(u₀，v₀)、P_c1＝(u₀+1，v₀)、P_c2＝(u₀，v₀+1)、P_c3＝(u₀+1，v₀+1)，其中(u₀，v₀)為P_c向下取整坐標(biāo)。

計(jì)算4個整數(shù)像素坐標(biāo)分別與圍成的4個矩形區(qū)域的面積S₀、S₁、S₂、S₃，對應(yīng)的倒數(shù)為W₀、W₁、W₂、W₃，由4個整數(shù)像素坐標(biāo)索引在有向點(diǎn)云中找到對應(yīng)的三維坐標(biāo)P₀、P₁、P₂、P₃，則利用插值方法求得P_c坐標(biāo)為∑W_iP_i/∑w_i。