[發明專利]大尺度內凹弧面多視覺線結構光三維測量實驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202211075541.1
• 申請日: 2022-09-05
• 公開（公告）號: CN115420217A
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 李濤濤;歐陽兵;劉江英;楊東;沈培
• 申請（專利權）人: 萍鄉學院
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/00;G06V10/10;G06V20/64
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 鄭粟文

本發明公開了一種大尺度內凹弧面多視覺線結構光三維測量實驗裝置及方法，包括相機扇形基座、激光器基座、連接底板、測量往復機構和激光器調節往復機構，測量往復機構用于驅動激光器調節往復機構整體往復移動，激光器調節往復機構用于驅動激光器基座往復移動，激光器基座上安裝有激光器，相機扇形基座包括扇形底盤和調節基塊，扇形底盤通過壓緊軸轉動連接在連接底板上，扇形底盤上設有圓弧調節滑槽和多個調節基塊，各調節基塊能夠沿圓弧調節滑槽在扇形底盤上移動，通過調節基塊鎖定件能夠將調節基塊鎖定于扇形底盤上，各調節基塊上均安裝有相機。本發明能夠提升測量裝置普適性和方法可行性，提高測量精度。

技術領域

本發明涉及三維測量技術領域，特別是涉及一種大尺度內凹弧面多視覺線結構光三維測量實驗裝置及方法。

背景技術

多視覺線結構光測量是相對單視覺線結構光測量而言的。

單視覺線結構光測量的系統組成包含一個線結構光激光器和一個相機。利用該系統三維測量時，單個相機拍攝經物體表面高差調制后的線結構光條，由光條在圖像中的坐標、相機與激光器的位置關系等，得到物體上光條位置的三維坐標，從而完成三維測量。

多視覺線結構光測量系統相對單視覺線結構光測量系統，相機數量由一個變成多個，激光器數量不變，相機按照一定規律(線性、圓周)陣列分布，相機之間視場重合。該系統測量時，每個相機拍攝物體表面的一段線結構光條，后經圖像拼接，得到物體表面高差調制后的完整線結構光條，再由光條圖像坐標、主相機和激光器位置關系，得到物體上光條位置的完整三維坐標，進而完成三維測量。

線結構光、雙目立體視覺和三維激光是目前主要的三種三維測量方法，其中線結構光三維測量以其抗干擾能力強、測量精度高、可拓展性強等特點，被廣泛應用于機械制造、工程質檢和測繪工程等重點領域中，科研人員開展了大量的研究工作。目前，利用線結構光進行大尺度物體表面三維測量的方法主要包括：大尺度單線結構光測量(方法1)、大尺度多線結構光測量(方法2)和大尺度多視覺線結構光測量(方法3)三種。方法1的測量裝置為線結構光測量原型(單個激光器+單個相機)，測量原理為基本的線結構光三角測量，隨著測量尺度越大，測量精度越低。方法2和方法3的測量裝置均是在方法1裝置的基礎上拓展形成，其中方法2的測量裝置是通過增加測量原型數量構成，方法3的測量裝置在測量原型的基礎上增加了視覺相機。相較于方法1，方法2和方法3所需標定的參數更多，對標定工具的要求更高，標定過程更復雜，測量精度受參數標定精確性影響較大。

方法2、3的關鍵在不同相機之間成像光條數據的有機融合，目前主要的方法為“映射拼接法”和“全局統一法”。前者利用相鄰圖像公共區域特征點在各自坐標系的三維坐標，構建相鄰相機之間的坐標映射關系，以實現光條的三維拼接。后者通過標定得到任意局部坐標轉換到全局坐標的變換關系，所有相機光條局部測量后再基于上述變化關系實現全局統一。前者的測量精度和效率對特征點提取和匹配算法的準確性和速度依賴極強，然而光條圖像信息量稀疏的特點必然導致特征提取和匹配效果不理想，測量精度無法保證。后者對標定工具和方法要求很高，標定難度較大，全局統一變換的累積誤差嚴重影響測量精度。

以上方法及其裝置在用于大尺度內凹弧面測量時，除了上述共性不足或難點之外，依次存在以下問題：

(1)方法1及其裝置用于高差變化較大的內凹弧面測量，由于相機定焦成像，導致部分區域成像清晰度較差，嚴重影響整體測量精度。

(2)方法2、方法3及其對應裝置多用于特定對象的表面三維測量，傳感器位置相對固定，裝置的普適性較差。另外，如果相機線性陣列分布的裝置用于內凹弧面測量，同樣會出現整體測量精度不理想的情況。

發明內容

本發明的目的是提供一種大尺度內凹弧面多視覺線結構光三維測量實驗裝置及方法，以解決上述現有技術存在的問題，提升測量裝置普適性和方法可行性，提高測量精度。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：