[發明專利]3D線掃描相機的點云拼接方法、系統和可讀存儲介質

在審

• 申請號: 202210351454.8
• 申請日: 2022-04-02
• 公開（公告）號: CN114820307A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 許允迪;周才健;周柔剛
• 申請（專利權）人: 杭州匯萃智能科技有限公司;嘉興逸君辰科技有限公司;金華匯萃智能科技有限公司;蘇州匯萃智能科技有限公司
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40;G06T7/80
• 代理公司: 杭州華知專利事務所(普通合伙) 33235
• 代理人: 張德寶

本發明公開的一種3D線掃描相機的點云拼接方法、系統和可讀存儲介質，其中方法包括：將標定件設置于移動平臺上后，用兩臺3D線掃描相機對標定件進行掃描，分別得到標定件的第一點云圖像和第二點云圖像并對圖像中的三個法相不共面的平面進行擬合；根據相同平面的共面性，計算出兩臺3D線掃描相機的點云圖像之間的剛性轉換矩陣；通過剛性轉換矩陣對待測物體的一個點云圖像進行轉換，得到轉換圖像；將轉換圖像與另一個點云圖像進行拼接，得到整體圖像。通過三平面法標定兩臺3D線掃描相機之間的位置關系，通過平面擬合、矩陣計算，計算出兩臺3D線掃描相機點云之間的剛性轉換矩陣，不需要迭代，計算速度快。

技術領域

本發明涉及工業相機領域，更具體的，涉及一種3D線掃描相機的點云拼接方法、系統和可讀存儲介質。

背景技術

3D線掃描相機在工業中的運用非常廣泛，具有以下優點：(1)線掃描相機可以擁有多個K單位像素，所以分辨率的特性非常的高，對于高精度檢測測量應用非常的適用，同時還能夠進行需要連續高分辨率成像的應用以及連續運動物體成像的應用，其測量可以精確到微米。(2)線掃描相機動態范圍非常的大，靈敏度也非常的高，對于工業檢測項目中需要大幅面視場的要求非常合適。

線掃描相機在實際使用中，對與工業機構(運動平臺)的配合要求比較高，一般情況下，3D線掃描相機固定安裝，被測物固定于高精度運動平臺勻速運動，運動速度與相機發射激光頻率一致。3D線掃描相機成像結果是一個正交坐標系XYZ下的點云，這就要求相機安裝固定后，其激光平面XOZ與運動平臺運動方向Y垂直，否則會引起成像點云的畸變。

工業應用中，一些復雜應用場景中單個3D線掃描相機無法滿足需求，比如：請參閱圖2，運動平臺單次可穩定移動距離為L1，待測物的長度為L2，當L2L1時，單個3D線掃描相機無法拍攝到完整的待測物。此時需要用兩個3D線掃描相機拍攝待測物，然后進行兩幅點云的配準拼接。一般點云配準方法為對應點粗配準+IC精配準，ICP配準方法是基于點對距離最小化原則，進行多次迭代，尋找使點云1中各點與點云2中的最近點的距離整體最小。這種方法存在如下缺點：1)兩幅點云必須要有部分是同一個實際空間區域，基于該區域進行配準，即拼接后有重疊；2)需要粗配準相對準確，然后基于粗配準得到的旋轉平移矩陣進行微調，否則容易陷入局部最優；3)ICP前一般會對一幅點云進行降采樣以減少需計算的點數，容易損失特征；4)雖然一幅點云進行了降采樣但仍然至少有上千個點，并且需要進行多次迭代直到收斂，速度較慢。

因此，如何設計一種3D線掃描相機的點云拼接方法，來達到操作簡單、特征完整、計算快速的效果，是本領域技術人員亟待解決的技術問題

發明內容

鑒于上述問題，本發明的目的是提供一種3D線掃描相機的點云拼接方法、系統和可讀存儲介質，解決現有技術的點云圖像拼接存在的操作復雜、特征易損失、計算速度慢的問題。

本發明第一方面提供了一種3D線掃描相機的點云拼接方法應用于3D線掃描裝置，所述3D線掃描裝置包括兩臺3D線掃描相機、移動平臺和標定件，所述標定件為由至少三個法相不共面結構組成的標準塊，所述方法包括以下步驟：

將所述標定件設置于所述移動平臺上后，用兩臺所述3D線掃描相機對所述標定件進行掃描，分別得到所述標定件的第一點云圖像和第二點云圖像；

分別對所述第一點云圖像和第二點云圖像中的三個法相不共面的平面進行擬合，將同一平面在兩個點云圖像中的平面方程稱作一組平面方程組；

根據三組所述平面方程組的共面性，計算出兩臺所述3D線掃描相機的點云圖像之間的剛性轉換矩陣；

通過所述剛性轉換矩陣對待測物體的一個點云圖像進行轉換，得到轉換圖像；

將所述轉換圖像與另一個點云圖像進行拼接，得到整體圖像。