[發明專利]一種用于高反光材質復雜物體成像的圖像序列采集系統及其三維形貌重建方法

有效

• 申請號: 202110499446.3
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113188474B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 閆濤;陳路
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G06T17/00;G06T5/00
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司) 14105
• 代理人: 茹牡花

本發明屬于三維形貌重建技術領域，具體涉及一種用于高反光材質復雜物體成像的圖像序列采集系統及其三維形貌重建方法。技術方案包括線性電動滑臺、相機、照明裝置、物鏡、鎖緊器和系統支架；照明裝置包括LED光源、半反射透鏡和封裝照明裝置的外殼；三維形貌重建方法包括以下步驟：高反光材質復雜物體不同景深圖像序列采集，圖像序列對比度拉伸與聚焦水平測量，初始三維形貌重建與重建結果頻域濾波。本發明構建的圖像序列采集系統可對高反光材質復雜物體進行精確成像，提出的聚焦水平測量算子可準確判斷圖像序列聚焦程度，有效提升三維形貌重建的精度。

技術領域

本發明屬于三維形貌重建技術領域，具體涉及一種用于高反光材質復雜物體成像的圖像序列采集系統及其三維形貌重建方法。

背景技術

高反光材質復雜物體的三維形貌重建在印刷制版領域的質量檢測與控制、機械加工零件掃描與設計、金屬制品表面劃傷檢測等領域具有廣闊應用前景。現階段針對高反光材質復雜物體的三維形貌重建主要可以分為激光掃描共聚焦三維測量、結構光三維測量與基于圖像的三維測量三類，其中激光掃描共聚焦三維測量技術采用激光點對待測物體不同深度層次進行連續點探測，處于待測物體中焦平面位置的點可以返回探測針孔成像，而處于焦平面外的點則無法進入探測針孔成像，該技術采用的激光點掃描成像的模式使其對待測物體具有較好的普適性，因此也可用于高反光材質復雜物體的三維形貌重建，但如果高反光材質待測物體本身具有陡峭坡面的形貌，則在這部分區域的重建結果中會出現大面積的噪聲點；基于結構光的三維測量技術通過投影儀向待測物體投射特殊模式的圖案，利用相機采集帶有待測物體相位信息的圖像集合，最后通過解相位和三角變換關系等步驟得到待測物體的三維結構，由于該技術可以不斷調整投影儀與相機的角度，因此在對高反光材質復雜物體的三維重建過程中可以克服某些高反光噪聲點對重建結果造成的影響，但在調整角度的過程中系統的重定位過程會大幅降低重建效率，除此之外，單一角度采集圖像中的特征點可能在其他角度的圖像中以高反光點的形式呈現，這可能導致配準過程出現匹配失敗的問題；基于圖像的三維測量通過從單一視角對待測物體不同景深的位置進行成像，通過探尋圖像序列中的聚焦信息獲取待測物體的三維形貌重建結果，鑒于該方法使用的是光學測量的手段，由于高反光復雜物體的反光特性，導致這類方法無法采集得到紋理細節豐富的圖像，進而影響三維形貌重建的精度。

通過了解研究現狀，我們認為該領域方法存在以下不足：激光掃描共聚焦三維測量無法實現高反光物體在陡峭坡面形貌區域的精確重建；結構光三維測量在重建過程中需要復雜的重定位和易于錯配的圖像配準操作；基于圖像的三維測量無法對高反光復雜物體的表面紋理細節進行準確成像，因此，如何提出一種針對高反光材質復雜物體成像的圖像序列采集系統以及三維形貌重建方法是高反光材質物體質量檢測領域面臨的一個重要難題。

綜上可知，我們認為在圖像采集系統中加入特殊的照明裝置是解決高反光材質復雜物體成像的關鍵，本申請針對高反光材質復雜物體研發一種全新的圖像序列采集系統，通過該系統采集的圖像序列并結合提出的三維形貌重建方法可實現高反光材質復雜物體的三維形貌重建。

發明內容

為克服上述技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種用于高反光材質復雜物體成像的圖像序列采集系統及其三維形貌重建方法。

本發明通過以下技術方案實現：

一種用于高反光材質復雜物體成像的圖像序列采集系統，包括線性電動滑臺、相機、照明裝置、物鏡、鎖緊器和支撐圖像序列采集系統的支架；

所述鎖緊器的左側與的支架旋轉鎖緊，所述線性電動滑臺的左側與鎖緊器的右側通過螺絲固定，所述相機的左側與線性電動滑臺的右側通過螺絲固定，用于帶動相機上下移動，所述相機的下方與照明裝置旋轉鎖緊，所述照明裝置的下方與物鏡旋轉鎖緊，所述支架的水平基座區域用于放置高反光材質的待測物體；

所述線性電動滑臺通過電線與計算機連接，用于驅動線性電動滑臺上下移動，所述相機通過電線與計算機連接，用于相機供電和發送采集信號。