CN109341576A - 一种快速测量物体表面三维形貌及颜色的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种快速测量物体表面三维形貌及颜色的方法，包括以下步骤：得到待测物体在白光下的自然图像；得到待测物体的线结构光条纹图像；利用灰度中心法提取线结构光条纹中心的图像坐标点；在自然图像中，依据图像坐标点找到对应位置的像素点及颜色数据，并将颜色数据与图像坐标点依次对应；将图像坐标点转换成待测物体坐标系上的三维数据点；线结构光随直线运动平台移动一固定间隔；重复上述步骤，直至线结构光扫描完待测物体整个表面，输出待测物体整体的三维形貌及颜色信息的三维数据点集合。相比于现有技术，本发明省去了复杂的标定和配对算法，提高了三维测量的效率和易用性。
Description
技术领域
本发明属于结构光三维测量技术领域，尤其涉及一种快速测量物体表面三维形貌及颜色的方法。
背景技术
结构光三维测量是工业三维测量的方式之一，主要用于待测物体的三维形貌测量，从而判断物体大小，空间位置以及表面缺陷等等，该方法广泛应用于工业零件测量和逆向工程。
近年来，随着工业迅猛发展，对三维测量的要求越来越高，现有的一些文献中提到采用单个摄像头完成三维数据和颜色数据采集的方案，一般是用摄像头先获取物体颜色数据，然后摄像头跟随激光线相对物体运动，获取三维数据，但由于这种方案中摄像头相对于物体发生了运动，因此需要一些复杂的标定和配对算法，将三维数据与颜色数据配对起来，效率低，过程繁琐。因此，亟待一种快速的能同时测量物体表面三维形状和颜色数据的结构光测量方法。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种快速测量物体表面三维形貌及颜色的方法，基于线结构光及白光交替扫描，在一个测量周期过程中，同时获取待测物体三维轮廓信息和颜色信息。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种快速测量物体表面三维形貌及颜色的方法，包含相机，白光光源，待测物体，线结构光光源和直线运动导轨，包括以下步骤：
步骤一，在隔绝外界光照干扰情况下，所述待测物体置于一平面上，测量过程中所述相机与所述待测物体的位置相对静止，一组所述白光光源分布在待测物体四周，所述线结构光光源安装在所述直线导轨上，所述线结构光光源向下发射线结构光，并与待测物体相交得到线结构光条纹，测量过程中所述线结构光光源随所述直线导轨进行直线运动；
步骤二，测量开始时，开启所述白光光源，使白光充分照测所述待测物体表面并避免出现阴影，所述相机拍摄所述当前待测物体的自然图像，关闭所述白光光源；
步骤三，开启所述线结构光光源，线结构光照射到所述待测物体上形成线结构光条纹，所述相机拍摄所述当前待测物体的线结构光条纹图像；
步骤四，利用灰度中心法从所述待测物体的线结构光条纹图像计算得到一系列线结构光条纹中心点的亚像素精度图像坐标；
步骤五，由于所述相机与所述待测物体相对静止，根据一系列线结构光条纹中心点的亚像素精度图像坐标在所述待测物体的自然图像中，根据双线性插值方法获取这些线结构光条纹中心点相应位置的颜色和纹理信息；
步骤六，从所述直线运动导轨处读取根据此时所述线结构光光源的位置，根据光学三角测量原理将线结构光条纹中心点的亚像素精度图像坐标转换到三维坐标系下，得到一组具有所述待测物体的三维形状信息和颜色纹理信息的数据点；
步骤七，使所述结构光光源在所述直线运动导轨的带动下移动一步长；
步骤八，判断是否完成对所述待测物体的扫描，若未完成，则重复上述步骤；若完成，关闭所述线结构光光源，对具有所述待测物体的三维形状信息和颜色纹理信息的数据点按顺序排列，并输出。
优选的，所述相机设置有至少一个，当所述相机设置有多个时，多个相机位于不同角度。
优选的，所述相机为CCD相机或CMOS相机。
优选的，所述相机为黑白相机或彩色相机，当所述相机为黑白相机时，所述相机采集的是灰度纹理图像，当所述相机为彩色相机时，所述相机采集的是彩色纹理图像。灰度纹理图像和彩色纹理图像都属于自然图像。
优选的，所述线结构光光源为不同波段颜色中任意一种颜色的结构光光源。
优选的，所述线结构光光源为单条直线、多条平行直线、单点和多点中任一形状的线结构光光源。
本发明的有益效果在于：本发明通过线结构光及白光交替扫描测量待测物体的方式，相比于现有的线结构光三维测量技术，本发明保持了摄像头相对于物体是静止的，将传统的摄像头与激光线相对静止进行扫描的方式，改为摄像头静止，激光线相对于摄像头进行运动的完成扫描，通过保证摄像头与待测物体的相对静止，其拍摄的颜色数据和三维数据可以直接地配对起来，而省去了复杂的标定和配对算法，提高了三维测量的速度和易用性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的流程示意图。
其中：1-相机，2-白光光源，3-待测物体，4-线结构光光源，5-直线运动导轨。
具体实施方式
所发明的一种快速测量物体表面三维形貌及颜色的方法，包括一台相机1，一组白光光源2，待测物体3，一个线结构光光源4和一个直线运动导轨5。通过相机相对于待测物体静止，线结构光光源随直线运动导轨作直线运动的测量方式，避免了现有技术中待测物体需要相对于相机发生运动，从而使相机可以先单次获取待测物体整体的自然图像，再根据在不同线结构光光源位置下所获得的待测物体轮廓来匹配颜色和纹理，而无需再次获取当前线结构光光源位置下的待测物体的颜色和纹理图像，提高了测量效率。
下面结合具体实施方式和说明书附图，对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不限于此。
实施例1
如图1~2所示，一种快速测量物体表面三维形貌及颜色的方法，包括以下步骤：
步骤一，在隔绝外界光照干扰情况下，待测物体3置于一平面上，测量过程中相机1与待测物体3的位置相对静止，一组白光光源2分布在待测物体四周，线结构光光源4安装在直线导轨5上，线结构光光源4向下发射线结构光，并与待测物体相交得到线结构光条纹，测量过程中线结构光光源4随直线导轨5进行直线运动；
步骤二，测量开始时，开启白光光源2，使白光充分照测待测物体3表面并避免出现阴影，相机1拍摄当前待测物体3的自然图像，关闭白光光源2；
步骤三，开启线结构光光源4，线结构光照射到待测物体3上形成线结构光条纹，相机1拍摄当前待测物体3的线结构光条纹图像；
步骤四，利用灰度中心法从待测物体3的线结构光条纹图像计算得到一系列线结构光条纹中心点的亚像素精度图像坐标；
步骤五，由于相机1与待测物体3相对静止，根据一系列线结构光条纹中心点的亚像素精度图像坐标在待测物体3的自然图像中，根据双线性插值方法获取这些线结构光条纹中心点相应位置的颜色和纹理信息；
步骤六，从直线运动导轨5处读取根据此时线结构光光源4的位置，根据光学三角测量原理将线结构光条纹中心点的亚像素精度图像坐标转换到三维坐标系下，得到一组具有待测物体3的三维形状信息和颜色信息的数据点；
步骤七，使结构光光源4在直线运动导轨5的带动下移动一步长；
步骤八，判断是否完成对待测物体3的扫描，若未完成，则重复上述步骤；若完成，关闭线结构光光源4，对具有待测物体3的三维形状信息和颜色信息的数据点按顺序排列，并输出。
需要说明的是，在本实施例中，相机1设置有一个，相机1为CCD相机，相机1为黑白相机，相机1采集的是灰度纹理图像。线结构光光源4为红外结构光光源。线结构光光源4的形状为单条直线。
实施例2
与实施例1不同的是：在本实施例中，相机1为CMOS相机。结构光光源4为红色结构光光源。结构光光源4的形状为多条平行直线。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例3
与实施例1不同的是：在本实施例中，相机1为彩色相机，相机1采集的是彩色图像。结构光光源4为绿色结构光光源。结构光光源4的形状为单点。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例4
与实施例1不同的是：在本实施例中，相机1为CMOS相机。相机1为彩色相机，相机1采集的是彩色图像。结构光光源4为蓝色结构光光源。结构光光源4的形状为多点。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例5
与实施例1不同的是：在本实施例中，相机1设置有两个，两个相机1位于不同角度，两个相机1均为CMOS相机。两个相机1均为彩色相机，两个相机1采集的均是彩色图像。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (6)
1.一种快速测量物体表面三维形貌及颜色的方法，包含相机（1），白光光源（2），待测物体（3），线结构光光源（4）和直线运动导轨（5），其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，在隔绝外界光照干扰情况下，所述待测物体（3）置于一平面上，测量过程中所述相机（1）与所述待测物体（3）的位置相对静止，一组所述白光光源（2）分布在待测物体四周，所述线结构光光源（4）安装在所述直线导轨（5）上，所述线结构光光源（4）向下发射线结构光，并与待测物体相交得到线结构光条纹，测量过程中所述线结构光光源（4）随所述直线导轨（5）进行直线运动；
步骤二，测量开始时，开启所述白光光源（2），使白光充分照测所述待测物体（3）表面并避免出现阴影，所述相机（1）拍摄所述当前待测物体（3）的自然图像，关闭所述白光光源（2）；
步骤三，开启所述线结构光光源（4），线结构光照射到所述待测物体（3）上形成线结构光条纹，所述相机（1）拍摄所述当前待测物体（3）的线结构光条纹图像；
步骤四，利用灰度中心法从所述待测物体（3）的线结构光条纹图像计算得到一系列线结构光条纹中心点的亚像素精度图像坐标；
步骤五，由于所述相机（1）与所述待测物体（3）相对静止，根据一系列线结构光条纹中心点的亚像素精度图像坐标在所述待测物体（3）的自然图像中，根据双线性插值方法获取这些线结构光条纹中心点相应位置的颜色和纹理信息；
步骤六，从所述直线运动导轨（5）处读取根据此时所述线结构光光源（4）的位置，根据光学三角测量原理将线结构光条纹中心点的亚像素精度图像坐标转换到三维坐标系下，得到一组具有所述待测物体（3）的三维形状信息和颜色纹理信息的数据点；
步骤七，使所述结构光光源（4）在所述直线运动导轨（5）的带动下移动一步长；
步骤八，判断是否完成对所述待测物体（3）的扫描，若未完成，则重复上述步骤；若完成，关闭所述线结构光光源（4），对具有所述待测物体（3）的三维形状信息和颜色纹理信息的数据点按顺序排列，并输出。
2.根据权利要求1所述的快速测量物体表面三维形貌及颜色的方法，其特征在于：所述相机（1）设置有至少一个，当所述相机（1）设置有多个时，多个相机位于不同角度。
3.根据权利要求1所述的快速测量物体表面三维形貌及颜色的方法，其特征在于：所述相机（1）为CCD相机或CMOS相机。
4.根据权利要求1所述的快速测量物体表面三维形貌及颜色的方法，其特征在于：所述相机（1）为黑白相机或彩色相机，当所述相机（1）为黑白相机时，所述相机（1）采集的是灰度纹理图像，当所述相机（1）为彩色相机时，所述相机（1）采集的是彩色纹理图像。
5.根据权利要求1所述的快速测量物体表面三维形貌及颜色的方法，其特征在于：所述线结构光光源（4）为不同波段颜色中任意一种颜色的结构光光源。
6.根据权利要求1所述的快速测量物体表面三维形貌及颜色的方法，其特征在于：所述线结构光光源（4）为单条直线、多条平行直线、单点和多点中任一形状的线结构光光源。
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