CN110926371A

CN110926371A - 三维表面检测方法及装置

Info

Publication number: CN110926371A
Application number: CN201911137335.7A
Authority: CN
Inventors: 朱传贵; 刘挺; 金泽闻
Original assignee: Ningbo Sunny Instruments Co Ltd
Current assignee: Ningbo Sunny Instruments Co Ltd
Priority date: 2019-11-19
Filing date: 2019-11-19
Publication date: 2020-03-27

Abstract

本发明涉及一种三维表面检测方法及装置，三维表面检测方法包括S1、向检测对象投射具有编码图案的光，通过多个光接收单元分别获取多张包含编码图案的检测对象图像；S2、对多张所述检测对象图像中的编码图案进行解码处理；S3、基于结构光三角测量算法根据多张所述检测对象图像获得与所述检测对象图像数量相同的第一三维点云图；S4、利用立体视觉算法基于至少两张所述检测对象图像获得第二三维点云图；S5、合并多张所述第一三维点云图和所述第二三维点云图，获得最终三维图像。本发明三维表面检测方法获得的三维图像精度高。

Description

三维表面检测方法及装置

技术领域

本发明属于图像和视觉测量技术领域，尤其涉及一种三维表面检测方法及装置。

背景技术

三维视觉测量是一种利用相机采集被测量物体表面图像并从中恢复出被测物体三维外形的技术。在众多的视觉测量手段中，以激光线为实现手段的结构光测量方法因具有良好的测量精度和对物体表面颜色良好的适应能力获得了广泛的应用。

然而，由于被测物体外形的复杂性，以及对于测量精度要求的日益严苛，现有的结构光测量方法已经不能满足市场需求。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种高精度的三维表面检测方法及装置。

为实现上述目的，本发明提供一种三维表面检测方法，包括：

S1、向检测对象投射具有编码图案的光，通过多个光接收单元分别获取多张包含编码图案的检测对象图像；

S2、对多张所述检测对象图像中的编码图案进行解码处理；

S3、基于结构光三角测量算法根据多张所述检测对象图像分别获得与所述检测对象图像数量相同的第一三维点云图；

S4、利用立体视觉算法基于至少两张所述检测对象图像获得第二三维点云图；

S5、合并多张所述第一三维点云图和所述第二三维点云图，获得最终三维图像。

根据本发明的一个方面，所述步骤S3和所述步骤S4同时进行。

根据本发明的一个方面，在所述步骤S1中，所述编码图案为可编写编码图案。

根据本发明的一个方面，在所述步骤S3中通过将多张所述检测对象图像中的编码点位分别与编码标准值进行对比获取编码点位的高度信息，以分别获得与多张所述检测对象图像一一对应的所述第一三维点云图。

根据本发明的一个方面，通过将带有算法编码图案的标准计量标定块放置于不同高度位置，由所述光接收单元记录不同高度位置编码图案中编码点位的位置作为编码标准值。

根据本发明的一个方面，所述三维表面检测方法还包括：通过显示装置将最终三维图像显示。

为实现上述目的，本发明还提供一种包含上述三维表面检测方法的三维检测装置，包括：

光投射单元，用于向检测对象投射具有编码图案的光；

多个光接收单元，用于分别获得多张包含编码的图案的检测对象图像；

处理单元，用于对多张所述检测对象图像进行处理获取最终三维图像；

显示单元，用于显示最终三维图像。

根据本发明的一个方面，所述光接收单元包括镜头和与所述镜头相连接的相机；

所述镜头与所述相机倾斜设置。

根据本发明的一个方面，所述镜头和所述相机按照沙姆定律设置。

根据本发明的一个方面，所述光投射单元为DLP投影仪、激光投影仪或掩模投影仪。

根据本发明的一个方案，过设置在检测对象周围的多个光接收单元获取多张不同的检测对象图像，并基于结构光三角法测量算法分别基于多张检测对象图像获得多幅第一三维点云图，即在本发明中，设有多少个光接收到单元，就可以获得多少个第一三维点云图，获得第一三维点云图的同时利用立体视觉算法结合多张检测对象图像中的至少两幅图像，获得第二三维点云图，通过整合处理多幅第一三维点云图和第二三维点云图获得最终三维图像。本发明的检测方法，相比于现有技术中单独通过结构光三角测量算法和立体视觉成像法来说，检测精度和输出图像完整性更高，更能够检测出突出点、边缘等特点。

根据本发明的一个方案，其中步骤S3和步骤S4是同步进行的。即在获得多张检测对象图像后，利用结构光三角测量算法获得多张第一三维点云图同时，利用立体视觉算法基于多张检测对象图像中至少两幅图像获得第二点三维点云图。如此在提高本发明检测方法精度的同时，有效的提升了检测速度。

附图说明

图1示意性表示根据本发明三维表面检测方法的流程示图；

图2示意性表示根据本发明一种实施方式的三维表面检测装置的结构布局示图；

图3示意性表示根据本发明第二种实施方式的三维表面检测装置的结构布局示图；

图4示意性表示沙姆定律原理图；

图5示意性表示本发明的光接收单元依次沙姆定律设置示图；

图6示意性表示根据本发明一种实施方式的编码图案；

图7示意性表示图6中编码图案中每个编码点位的示图；

图8示意表示以人手为例显示出每个编码点位高度信息的示图；

图9示意性表示编码点位三维信息示图；

图10示意性表示基于立体视觉算法结合两张检测对象图像生成第二点云图的示图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

如图1所示，本发明的三维表面检测方法包括，S1、向检测对象投射具有编码图案的光，通过多个光接收单元分别获取多张包含编码图案的检测对象图像；S2、对多张检测对象图像中的编码图案进行解码处理；S3、基于结构光三角测量算法根据多张检测对象图像获得与检测对象图像数量相同的第一三维点云图；S4、利用立体视觉算法基于至少两张检测对象图像获得第二三维点云图；S5、合并多张第一三维点云图和第二三维点云图，获得最终三维图像。

本发明的三维表面检测方法，通过设置在检测对象周围的多个光接收单元2获取多张不同的检测对象图像，并基于结构光三角法测量算法分别基于多张检测对象图像获得多幅第一三维点云图，即在本发明中，设有多少个光接收到单元，就可以获得多少个第一三维点云图，获得第一三维点云图的同时利用立体视觉算法结合多张检测对象图像中的至少两幅图像，获得第二三维点云图，通过整合处理多幅第一三维点云图和第二三维点云图获得最终三维图像。本发明的检测方法，相比于现有技术中单独通过结构光三角测量算法和立体视觉成像法来说，检测精度和输出图像完整性更高，更能够检测出突出点、边缘等特点。

本发明的三维表面检测方法，其中步骤S3和步骤S4是同步进行的。即在获得多张检测对象图像后，利用结构光三角测量算法获得第一三维点云图的同时，利于立体视觉算法基于两幅或更多幅检测对象图像获得第三点三维点云图。第一三维点云图和第二三维点云图的生成是相互独立的，互不干扰，如此在提高本发明检测方法精度的同时，有效的提升了检测速度。

本发明还提供一种利用上述三维表面检测方法的三维表面检测装置，包括光投射单元1、多个光接收单元2和处理单元。光投射单元1位于检测对象上方，由于将检测对象投射具有编码图案的光。根据本发明一种实施方式，光投射单元1可以为DLP投影仪、激光投影仪或掩模投影仪，光投射单元1可以通过PZT移动得到平移运动，从而在需要时可以移动投影图像。

如图2所示，根据本发明的一种实施方式，本发明的光接收单元2设置有两个，两个光接收单元2分别设置在检测对象a的两侧，用于分别获得两张包含编码图案的检测对象图像。结合图2和图3所示，本发明的检测装置，在检测对象a的两侧设置两个光接收单元2，再针对一些特殊三维表面时，两个光接收单元2可以进行很好的互补，同时能够获得两个第一三维点云图，有利于减少随机误差和噪声，保证最终的检测精确性。当然，根据本发明的构思，在针对一些更复杂的三维表面时，本发明的光接收单元2的设置数量还可以更多，此时可以获得更多个第一三维点云图，有利于保证最终检测结果的精确性。

结合图2-图5所示，本发明的光接收单元2包括镜头21和与镜头21相连接的相机22。本发明的镜头21与相机22倾斜设置，即镜头21的光轴与相机22的光轴之间存在一定夹角。在本实施方式中，镜头21与相机22按照沙姆定律倾斜设置。

结合图1-图10所示，参照本发明的设有两个光接收单元2的三维检测装置对本发明的三维检测方法进行详细说明。首先打开本发明的光投射单元1，然后摆放检测对象a，使得光投射单元1向检测对象a投射具有编码图案的光。在本发明中，编码图案为可编写编码图案，可以根据检测对象a的结构特定以及检测精度要求预先编写相应的编码图案。

然后光接收单元2工作，获得两张不同的包含编码图案的检测对象图像，之后通过处理单元对图像中的编码图案进行解码处理。具体来说，编码图案中的编码点位是离散的，可以按照黑点(0)和白点(1)排列，当相邻的点组合在一起时，可以获得例如00001010的代码，从而处理单元可以获识别图像的中每一个点(如图7所示)。

然后在步骤S3中，基于结构光三角算法根据多张检测对象图像获得多幅第一三维点云图。获得第一三维点云图每个编码点位三维坐标，除了投影图像之后，还需要获得每个编码点位的高度信息。以图8为例，想要获得人手的三维点云图来说，需要得知人手图像中每个编码点位的高度信息。

而获取每个编码点位的高度信息，需要通过将多张检测对象图像中的每个编码点位分别与编码标准值进行对比获取每个编码点位的高度信息，此时每个编码点位都具有相应的三维坐标信息(如图9所示)，即可获得与多张检测对象图像一一对应的多张第一三维点云图。

根据本发明的一种实施方式，通过将带有算法编码图案的标准计量标定块放置于不同高度位置，由两个光接收单元记录不同高度位置编码图案中编码点位的位置作为编码标准值。即预先通过标准计量标定块获得一个编码定位编码标准值的查找表。如表1：

然后将两张检测对象图像中每个编码点位的位置与查找表对比，即可获得每个编码点位的高度，得到两幅第一三维点云图。

如图10所示，处理单元在基于结构光三角测量算法获得第一三维点云图同时，还基于立体视觉算法结合匹配两张检测对象图像获得第二三维点云图。最终整合两幅第一三维点云图和第二三维点云图，获得最终三维图像。

本发明的三维检测装置还包括显示单元，用于在获得最终三维图像后，显示最终三维图像。

根据本发明的构思，本发明的三维表面检测方法基于三维检测装置中光接收单元2设置数量的不同，检测方法的差别仅在于获得的第一三维点云图的数量不同，例如，光学接收单元2设置有3个，则最终获得三个第一三维点云图和第二三维点云图进行整合处理获得，最终三维图像。增加光接收单元2的设置数量，有利于提升检测结果的精确性。

上述内容仅为本发明的具体方案的例子，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。

以上所述仅为本发明的一个方案而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种三维表面检测方法，包括：

S2、对多张所述检测对象图像中的编码图案进行解码处理；

S3、基于结构光三角测量算法根据多张所述检测对象图像获得与所述检测对象图像数量相同的第一三维点云图；

2.根据权利要求1所述的三维表面检测方法，其特征在于，所述步骤S3和所述步骤S4同时进行。

3.根据权利要求1所述的三维表面检测方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述编码图案为可编写编码图案。

4.根据权利要求1所述的三维表面检测方法，其特征在于，在所述步骤S3中通过将多张所述检测对象图像中的编码点位分别与编码标准值进行对比获取编码点位的高度信息，以分别获得与多张所述检测对象图像一一对应的所述第一三维点云图。

5.根据权利要求4所述的三维表面检测方法，其特征在于，通过将带有算法编码图案的标准计量标定块放置于不同高度位置，由所述光接收单元记录不同高度位置编码图案中编码点位的位置作为编码标准值。

6.根据权利要求1所述的三维表面检测方法，其特征在于，所述三维表面检测方法还包括：通过显示装置将最终三维图像显示。

7.一种利用权利要求1-6任一项所述三维表面检测方法的三维表面检测装置，其特征在于，包括：

光投射单元(1)，用于向检测对象投射具有编码图案的光；

多个光接收单元(2)，用于分别获得多张包含编码的图案的检测对象图像；

显示单元，用于显示最终三维图像。

8.根据权利要求7所述的三维表面检测装置，其特征在于，所述光接收单元(2)包括镜头(21)和与所述镜头(21)相连接的相机(22)；

所述镜头(21)与所述相机(22)倾斜设置。

9.根据权利要求8所述的三维表面检测装置，其特征在于，所述镜头(21)和所述相机(22)按照沙姆定律设置。

10.根据权利要求7所述的三维表面检测装置，其特征在于，所述光投射单元(1)为DLP投影仪、激光投影仪或掩模投影仪。