【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学测量领域，具体来说，是一种基于双目立体视觉的多视角线激光扫描装置及复杂表面全景测量方法。
技术介绍
1、光学三维测量技术因其高效率、无破坏性和高灵活性的优点，在医疗诊断、文物保护、、逆向工程、工业制造和智能安防等领域已经获得了广泛的应用。随着智能城市以及智能工业的发展，仅仅获取待测样品部分区域的三维信息不能完全满足人们不同形式的需求，往往需要对待测样品进行完整的测量与分析，全景三维测量技术获得了快速的发展。
2、常规的测量装置在单一视角下无法采集到包含样品全部表面轮廓信息的图像，所以需要从不同视角对待测样品进行全景测量，但常规的全景表面三维测量系统往往需要多组测量装置或者需要多次测量，面临着系统设置复杂、成本高昂、计算成本高等问题。最近出现了另一种新颖的解决方案，利用镜子创建虚拟3d重建系统，从而使用单个3d测量系统实现样品的全表面重建。有学者将结构光投影系统与反射镜相结合，构建了360度实时三维扫描仪，以获得样品的完整表面信息。有学者将线激光系统引入到反射镜系统中，通过平移台移动线激光器实现三维扫描，进而获得样品的三维点云数据。
3、然而，现有的基于平面镜的多视角三维测量技术仍面临一些问题：
4、1、由于dic和fpp系统的固有特性，面结构光投影系统容易受到外界光照条件以及样品表面的材料和纹理的影响。
5、2、基于平扫式的线激光器打出的激光平面要求与平面镜的中轴垂直，对于平面镜与激光器的装配要求很高，不适合在复杂场景下的三维测量。
6、3、由于平面镜
7、4、现有的多视角三维测量技术一般只适用于小尺寸样品的三维重建，对于大尺寸物体，难以实现低成本、高效率的三维重建。
技术实现思路
1、针对现有技术的改进内容，本专利技术提供了一种基于双目立体视觉的多视角线激光扫描装置及复杂表面全景测量方法，通过引入平面镜，使得物体可以在三个视角下进行成像，从而实现待测物体表面360度全景三维测量。基于旋转台的摆扫式激光测量系统可以同时扫描样品表面的三个不同区域，从而在一次扫描序列中获得样品全景表面的三维信息。
2、为实现上述目标，本专利技术采用的技术方法具体如下：
3、本专利技术公开了一种基于双目立体视觉的多视角线激光扫描装置，包括两个相机、线激光器、旋转台、控制器、连接控制器与相机的用于数据处理的计算机、两面用于采集多视角图像的平面镜，两个相机在同一高度上，且存在水平距离差，线激光器固定在旋转台上的旋转支架上，线激光器与两个相机存在一定的垂直距离差，两面用于采集多视角图像的平面镜放置在待测物体后面，并形成夹角，旋转台与控制器相连。
4、作为进一步地改进，本专利技术所述的存在水平距离差大于10cm。
5、作为进一步地改进，本专利技术所述的垂直距离差在10cm至20cm之间。
6、作为进一步地改进，本专利技术所述的两面平面镜之间的角度在90度至180度之间。
7、作为进一步地改进，本专利技术所述的角度为120度。
8、本专利技术公开了一种基于双目立体视觉的多视角线激光扫描装置的全景测量方法，包括：
9、将棋盘格标定板摆放n个位姿，通过主相机和次相机同时采集n张标定板图片；
10、提取采集的标定图片中的角点坐标，并使用张氏标定法计算主辅相机坐标系下的内外参，得到主次相机坐标系的位姿变换矩阵以及主相机坐标系下标定板的平面方程；
11、开启激光器，使用主相机拍摄n张激光器投影到标定板的激光条纹图像以及相对应的标定板图片；
12、使用steger中心线提取算法，提取主相机采集到的激光条纹图像上的像素坐标；
13、使用主相机坐标系下的内外参获得相对应标定板图片中标定板的平面方程；
14、结合激光线的像素坐标以及对应标定板的平面方程求得激光线的三维坐标，最后使用n个不同位姿下的激光线三维坐标拟合主相机坐标系下的激光平面方程；
15、开启旋转台，转台每绕旋转轴旋转一定角度，开启激光器，将标定板摆放n个位姿，使用主相机拍摄n张标定板图像以及激光器投影到相对应标定板的激光条纹图案，在获得m个角度下激光平面方程后，使用不同角度的激光平面拟合主相机坐标系下旋转台的转轴，获得主相机坐标系下运动到不同角度下激光平面的平面方程；
16、将标定板摆放n个位姿，使用主相机同时拍摄标定板以及其在镜中的虚拟像图像，提取图像中标定板与镜中的虚拟标定板像的三维特征点对，随后使用带有束调整策略的levenberg-marquardt算法计算平面镜的平面方程，从而获得主相机坐标系下平面镜的反射矩阵；
17、开启旋转台以及激光器，使用主次相机在扫描中同时采集样品在左平面镜成像区域、前表面区域以及右平面镜成像区域的激光条纹图案；
18、将主次相机采集的激光条纹图案分为左平面镜区域、前表面区域、右平面区域，提取每个区域内激光线的像素坐标；
19、结合主相机坐标系下运动到不同角度的激光平面方程以及主次相机的位姿变换矩阵，在每个区域内搜索次相机视图中对应主相机视图的特征点，从而寻找主相机采集的图像中左平面镜区域、前表面区域、右平面区域用于样品三维扫描的激光条纹，排除由平面镜反射而产生的杂散激光条纹；
20、使用获得的主相机内参以及主相机坐标系下运动到不同角度的激光平面方程，将主相机采集的激光条纹图像中左平面镜区域、前表面区域、右平面区域用于样品三维扫描的激光条转换为三维点云坐标；
21、通过主相机坐标系下平面镜的反射矩阵将将左平面镜区域、右平面镜区域虚拟表面的三维线点云坐标变换到主相机坐标系下的真实点云坐标；
22、将不同区域下获得的主相机坐标系下的点云坐标合并，以得到样品表面的全景三维轮廓信息。
23、作为进一步地改进，本专利技术所述的使用不同角度的激光平面拟合主相机坐标系下旋转台的转轴具体为：
24、令主相机坐标系下第i个角度所对应的激光平面方程为aix+biy+ciz+di＝0；
25、旋转台转轴上任意一点到不同角度下的激光平面距离相等，令g1＝(x1,y1,z1)，g2＝(x2,y2,z2)，构建方程：
26、
27、
28、g1＝argmin(g1(g1)+g2(g1)+······+gn(g1))
29、g2＝argmin(g1(g2)+g2(g2)+······+gn(g2))
30、则旋转台转轴的方向向量为：
31、
32、旋转台转轴上任意一点的坐标为：
33、g1＝(x1,y1,z1)
34、上述公式g＝{g1g2}最小化是一个非线性最小化问题，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于双目立体视觉的多视角线激光扫描装置，其特征在于，包括两个相机、线激光器、旋转台、控制器、连接控制器与相机的用于数据处理的计算机、两面用于采集多视角图像的平面镜，所述的两个相机在同一高度上，且存在水平距离差，所述的线激光器固定在旋转台上的旋转支架上，所述的线激光器与两个相机存在一定的垂直距离差，所述的两面用于采集多视角图像的平面镜放置在待测物体后面，并形成夹角，所述的旋转台与控制器相连。
2.根据权利要求书1所述的基于双目立体视觉的多视角线激光扫描装置，其特征在于，所述的存在水平距离差大于10cm。
3.根据权利要求书1所述的基于双目立体视觉的多视角线激光扫描装置，其特征在于，所述的垂直距离差在10cm至20cm之间。
4.根据权利要求1所述的基于双目立体视觉的多视角线激光扫描装置，其特征在于，所述的两面平面镜之间的角度在90度至180度之间。
5.根据权利要求4所述的基于双目立体视觉的多视角线激光扫描装置，其特征在于，所述的角度为120度。
6.一种基于双目立体视觉的多视角线激光扫描装置的全景测量方法，其特征
7.根据权利要求6所述的基于双目立体视觉的多视角线激光扫描装置的全景测量方法，其特征在于，所述的使用不同角度的激光平面拟合主相机坐标系下旋转台的转轴具体为：
8.根据权利要求6所述的基于双目立体视觉的多视角线激光扫描装置的全景测量方法，其特征在于，所述的获得主相机坐标系下运动到不同角度下激光平面的平面方程具体为：
9.根据权利要求6所述的基于双目立体视觉的多视角线激光扫描装置的全景测量方法，其特征在于，所述的结合主相机坐标系下运动到不同角度的激光平面方程以及主次相机的位姿变换矩阵，在每个区域内搜索次相机视图中对应主相机视图的特征点具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于双目立体视觉的多视角线激光扫描装置，其特征在于，包括两个相机、线激光器、旋转台、控制器、连接控制器与相机的用于数据处理的计算机、两面用于采集多视角图像的平面镜，所述的两个相机在同一高度上，且存在水平距离差，所述的线激光器固定在旋转台上的旋转支架上，所述的线激光器与两个相机存在一定的垂直距离差，所述的两面用于采集多视角图像的平面镜放置在待测物体后面，并形成夹角，所述的旋转台与控制器相连。
2.根据权利要求书1所述的基于双目立体视觉的多视角线激光扫描装置，其特征在于，所述的存在水平距离差大于10cm。
3.根据权利要求书1所述的基于双目立体视觉的多视角线激光扫描装置，其特征在于，所述的垂直距离差在10cm至20cm之间。
4.根据权利要求1所述的基于双目立体视觉的多视角线激光扫描装置，其特征在于，所述的两面平面镜之间的角度在90度至180度...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。