CN108665535A - 一种基于编码光栅结构光的三维结构重建方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于编码光栅结构光的三维结构重建方法，A、将编码光栅结构光投射到目标物体表面，利用编码光栅结构光对目标物体表面进行扫描；B、利用双目立体视觉装置获取目标物体两个不同视角的图像；C、对双目图像进行处理，并利用处理后数据和编码光栅条纹进行相位计算和立体匹配，以此计算得到物体表面结构的点云数据；D、通过点云数据对目标物体的三维结构表面进行重建；E、对重建后的多帧深度图像进行配准、拼接，获得目标物体的三维结构模型。基于编码光栅结构光技术的3D机器视觉技术，无需单独进行手工标记点标记，极大的提高了建模精度以及建模速度。

Description

一种基于编码光栅结构光的三维结构重建方法与系统

技术领域

本发明涉及结构光扫描成像领域，具体涉及一种基于编码光栅结构光的三维结构重建方法与系统。

背景技术

随着社会的发展，3D建模技术越来越普遍。双目3D建模技术中，一般需要做大量标记点才能进行三维结构物体的识别与重建。传统的双目3D建模方法其效率和可靠性都无法保证，严重制约了3D机器视觉技术在工业识别、人体扫描等领域的应用。

因此，现有技术还需要进一步改进和发展。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种基于编码光栅结构光的三维结构重建方法与系统，旨在解决现有建模方法效率低、可靠性差的问题。

所采用的技术方案为：

一种基于编码光栅结构光的三维结构重建方法，

A、将编码光栅结构光投射到目标物体表面，利用编码光栅结构光对目标物体表面进行扫描；

B、利用双目立体视觉装置获取目标物体两个不同视角的图像；

C、对双目图像进行处理，并利用处理后数据和编码光栅条纹进行相位计算和立体匹配，以此计算得到物体表面结构的点云数据；

D、通过点云数据对目标物体的三维结构表面进行重建；

E、对重建后的多帧深度图像进行配准、拼接，获得目标物体的三维结构模型。

编码光栅结构光由红外激光扫描模组输出，针对同一目标物体，红外激光扫描模组输出至少两种不同频率的编码光栅结构光，编码光栅结构光的不同之处在于光栅线数不同及相移不同。

双目立体视觉装置为双目立体视觉相机，或者，双目立体视觉装置由两个黑白相机或者两个彩色相机配置对应波长的滤光片组成。

双目立体视觉装置使用前进行联合标定，计算得到左右相机的内外参数，进而计算得双目立体视觉装置中左右相机之间的旋转矩阵和位移矢量。

深度图像处理具体包括：深度图像中有效区域的选取，利用旋转矩阵和位移矢量进行双目立体矫正，依据光栅图像进行分析解相位，立体匹配，去噪声处理等。

步骤C具体为：

通过标定和相位匹配找到物点的对应点对，然后基于三角测量原理求出该组点所对应的空间点坐标，得到目标物体表面结构的点云数据，对得到的点云数据进行去燥和平滑处理。

步骤E具体为：利用从不同的方位对目标物体进行多次扫描测量获得多个深度图像，计算每一深度图像的点云数据，确定不同点云数据之间的旋转及平移关系，将多次测量的点云数据拼接成一个整体，利用Geomagic对拼接后的点云进行配准拟合,生成目标物体的三维结构模型。

双目立体视觉装置的联合标定的定标物为机器视觉MV-SB型平面标定板。

系统包括：

扫描模块，用于将编码光栅结构光投射到目标物体表面，利用编码光栅结构光对目标物体表面进行扫描；

图像获取模块，用于利用双目立体视觉装置获取目标物体的深度图像；

计算模块，用于利用处理后数据和编码光栅条纹计算得到点云数据，并通过点云数据对目标物体的三维结构进行重建；

建构模块，用于对重建后的多帧深度图像进行合并，配准，获得目标物体的三维结构模型。

有益效果：本发明提供一种基于编码光栅结构光的三维结构重建方法与系统，基于编码光栅结构光技术的3D机器视觉技术，无需单独进行手工标记点标记，极大的提高了建模精度以及建模速度。

附图说明

图1是本发明具体实施例中三维结构重建方法的流程示意图。

图2是本发明具体实施例中硬件组成结构示意图。

图3是本发明具体实施例中的实物模型。

图4是本发明具体实施例中实物模型重建的三维点云结构。

图5是本发明具体实施例中三维重建系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。

如图1所示，一种基于编码光栅结构光的三维结构重建方法，步骤包括：

S1、将编码光栅结构光投射到如图3所示的物体表面，利用编码光栅结构光对目标物体表面进行扫描；编码光栅结构光由红外激光扫描模组300输出，针对同一目标物体，红外激光扫描模组300输出至少两种不同频率的编码光栅结构光，编码光栅结构光的不同之处在于光栅线数不同及相移不同。

S2、利用双目立体视觉装置获取目标物体两个不同视角的图像；如图2所示，双目立体视觉装置为两个彩色相机相机100和相机200配置对应波长的滤光片组成。双目立体视觉装置使用前进行联合标定，计算得到相机100和相机200的内外参数，进而计算得双目立体视觉装置中相机100和相机200之间的旋转矩阵和位移矢量。双目立体视觉装置的联合标定的定标物为机器视觉MV-SB型平面标定板。

S3、对双目图像进行处理，并利用处理后数据和编码光栅条纹进行相位和立体匹配，以此计算得到物体表面结构的点云数据；通过标定和相位匹配找到物点的对应点对，然后基于三角测量原理求出该组点所对应的空间点坐标，得到目标物体表面结构的点云数据，对得到的点云数据进行去燥和平滑处理；深度图像处理具体包括：深度图像中有效区域的选取，利用旋转矩阵和位移矢量进行双目立体矫正，依据光栅图像进行分析解相位，立体匹配，去噪声处理等。

S4、通过点云数据对目标物体的三维结构表面进行重建；点云数据三维重建，具体步骤可分为编码图像的采集、编码图像的处理和三维点云的获取。

S5、对重建后的多帧深度图像进行配准、拼接，获得目标物体的三维结构模型。利用从不同的方位对目标物体进行多次扫描测量获得多个深度图像，计算每一深度图像的点云数据，确定不同点云数据之间的旋转及平移关系，将多次测量的点云数据拼接成一个整体，利用Geomagic对拼接后的点云进行配准拟合，生成如图4所示的目标物体的三维结构模型。具体的，拼接方法可选用基于机械约束的点云拼接方法、基于标志点的点云拼接方法等。

如图5所示，基于编码光栅结构光的三维重建系统包括：

扫描模块，用于将编码光栅结构光投射到目标物体表面，利用编码光栅结构光对目标物体表面进行扫描；

图像获取模块，用于利用双目立体视觉装置获取目标物体的深度图像；

计算模块，用于利用处理后数据和编码光栅条纹计算得到点云数据，并通过点云数据对目标物体的三维结构进行重建；

建构模块，用于对重建后的多帧深度图像进行合并，配准，获得目标物体的三维结构模型。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于编码光栅结构光的三维结构重建方法，其特征在于，

A、将编码光栅结构光投射到目标物体表面，利用编码光栅结构光对目标物体表面进行扫描；

B、利用双目立体视觉装置获取目标物体两个不同视角的图像；

C、对双目图像进行处理，并利用处理后数据和编码光栅条纹进行相位计算和立体匹配，以此计算得到物体表面的点云数据；

D、通过点云数据对目标物体的三维结构表面进行重建；

E、对重建后的多帧深度图像进行配准、拼接，获得目标物体的三维结构模型。

2.根据权利要求1所述的基于编码光栅结构光的三维结构重建方法，其特征在于，所述编码光栅结构光由红外激光扫描模组输出，针对同一目标物体，红外激光扫描模组输出至少两种不同频率的编码光栅结构光，编码光栅结构光的不同之处在于光栅线数不同及相移不同。

3.根据权利要求1所述的基于编码光栅结构光的三维结构重建方法，其特征在于，所述双目立体视觉装置为双目立体视觉相机，或者，所述双目立体视觉装置由两个黑白相机或者两个彩色相机配置对应波长的滤光片组成。

4.根据权利要求3所述的基于编码光栅结构光的三维结构重建方法，其特征在于，所述双目立体视觉装置使用前进行联合标定，计算得到左右相机的内外参数，进而计算得双目立体视觉装置中左右相机之间的旋转矩阵和位移矢量。

5.根据权利要求4所述的基于编码光栅结构光的三维结构重建方法，深度图像处理具体包括：深度图像中有效区域的选取，利用旋转矩阵和位移矢量进行双目立体矫正，依据光栅图像进行分析解相位，立体匹配，去噪声处理等。

6.根据权利要求5所述的基于编码光栅结构光的三维结构重建方法，其特征在于，所述步骤C具体为：

通过标定和相位匹配找到物点的对应点对，然后基于三角测量原理求出该组点所对应的空间点坐标，得到目标物体表面结构的点云数据，对得到的点云数据进行去燥和平滑处理。

7.根据权利要求6所述的基于编码光栅结构光的三维结构重建方法，其特征在于，所述步骤E具体为：利用从不同的方位对目标物体进行多次扫描测量获得多个深度图像，计算每一深度图像的点云数据，确定不同点云数据之间的旋转及平移关系，将多次测量的点云数据拼接成一个整体，利用Geomagic对拼接后的点云进行配准拟合,生成目标物体的三维结构模型。

8.根据权利要求4所述的基于编码光栅结构光的三维结构重建方法，其特征在于，双目立体视觉装置的联合标定的定标物为机器视觉MV-SB型平面标定板。

9.一种基于编码光栅结构光的三维结构重建系统，其特征在于，所述系统包括：

扫描模块，用于将编码光栅结构光投射到目标物体表面，利用编码光栅结构光对目标物体表面进行扫描；

图像获取模块，用于利用双目立体视觉装置获取目标物体的深度图像；

计算模块，用于利用处理后数据和编码光栅条纹计算得到点云数据，并通过点云数据对目标物体的三维结构进行重建；

建构模块，用于对重建后的多帧深度图像进行合并，配准，获得目标物体的三维结构模型。