[发明专利]三维点云数据获取用的基准体及点云合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机视觉三维扫描及检测技术领域，具体涉及一种三维点云数据获取用的基准体及点云合成方法。

背景技术

三维点云数据的获取就是指通过三维数字化技术得到物体的形态结构，高精度的点云数据能够较好地表现被测物体的三维形态特征，在汽车、五金家电、航空、陶瓷等模具及产品开发，古董、工艺品、雕塑、人像制品等快速原型制作，机械外形设计、医学整容、人体外形制作、人体形状测量及植物形态获取等领域均有重要的应用。

点云数据的获取方法中较常规的是利用三维激光扫描仪来获取三维点云数据。这种方法虽然获取数据比较灵活，可以边扫描边获得最终的点云，但该技术方案的缺陷在于当获取较复杂外形的物体时，获取速度慢、丢失数据多、点云稀疏、并且获取的点云数据没有颜色，不利于三维点云数据的合成等后处理。另一种获取方法是结构光法，即将投射器发出的光经过光学系统形成点、线、编码图案等形式投向景物，在景物上形成图案并由摄像机摄取，而后由图像根据三角法和传感器结构参数进行计算、得到景物表面的深度图像，进一步计算出物面的三维坐标值。

任卿、刁常宇、鲁东明、刘刚在文献《基于结构光的文物三维重建》(敦煌研究，2005，93(5)：102-106)中公开了一种基于投影编码结构光的三维重建系统，其原理是基于结构光进行重建，投影一组结构光到三维场景中，通过分析不同编码结构光在物体上的投影变化来提取物体的三维形状；基于结构光原理的三维扫描系统一般由下面几部分组成：数控转台、高精度三维纹理信息获取终端、三维数据处理计算机、三维信息采集终端、三维信息采集软件。通过该系统合成三维点云的方法是将物体放在数控转台上，获取不同角度的点云数据，然后用参考点法，将不同角度的点云进行拼接，合成一个完整的三维点云。虽然该方法每一次得到的某个角度的点云精度非常高，数控转台的精度也非常高，但其缺陷之处在于，由于最后采用手工合成一个完整的三维点云，因此合成某些复杂物体如活体植物等物体时，合成的三维点云的精度较低。

龙玺、钟约先、李仁举、由志福在文献《结构光三维扫描测量的三维拼接技术》(清华大学学报(自然科学版)，2002，42(4)：477-480)也公开了一种新的三维拼接技术，即利用一个步进电机驱动的旋转工作台对不同视场的数据点云进行数据缝合，以提供完整的零件表面三维信息，但是该文没有提供旋转工作台转轴的具体确定方法，且也仅提出用参考点法，而其实践中，单靠肉眼和鼠标在点云中寻找并确定参考点，最后合成的三维点云精度较低，往往会有明显的重影。

发明内容

本发明提供了一种三维点云数据获取用的基准体，用于确定旋转工作台的中心转轴，解决了现有技术中用参考点法合成的三维点云精度较低且不完整的问题。

一种三维点云数据获取用的基准体，包括底座，所述的底座中心固定有垂直于底座的支撑轴，支撑轴上设有上下放置的至少两个金属的球体，球体与球体之间通过连接轴固定连接；所述的球体表面有喷砂层。

所述的球体的球面轮廓度为0.05，表面粗糙度为3.2～6.3。

所述的球体材料选用轴承钢、铁合金、铸铁中的一种。

优选，所述的球体数量为两个或三个以上。

本发明中的基准体对球体的内部结构没有要求，一般采用实心球体即可，但对球体的表面有很高的要求，主要包括球面轮廓度和表面粗糙度这两个参数，其中球面轮廓度表征球体的加工精度，表面粗糙度表征球体的表面处理效果，两者均是影响三维点云合成效果的主要因素。因此，本发明采用喷砂工艺对球体的金属表面进行喷砂处理，使得处理后的球体既能维持金属球体的原有加工精度，又能克服当金属材料加工精度较高时，球体表面过于光洁，不利于以结构光的方式获取球体外形点云的技术缺陷。本发明中表面经喷砂处理后的球体，其球面轮廓度为0.05，表面粗糙度为3.2～6.3，使得球体外形的三维点云数据获取效果较好，有利于三维点云的合成处理。

喷砂工艺采用现有技术，即采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料(铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂、海砂)高速喷射到待处理工件的表面，使工件表面的外表或形状发生变化；由于磨料对工件表面的冲击和切削作用，使工件的表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度，工件表面的机械性能得到改善，因此提高了工件的抗疲劳性，增加工件和涂层之间的附着力，延长了涂膜的耐久性，也有利于涂料的流平和装饰。

本发明还提供了一种利用上述基准体来确定转台的中心转轴，进行三维点云合成的方法，解决了现有技术中点云合成速度慢、参考点难找、合成精度过低的问题。