[发明专利]一种基于单目机器视觉的非接触三维扫描方法

权利要求书

1.一种基于单目机器视觉的非接触三维扫描方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）制作背景板，背景板包括相互连接的左标定板和右标定板，在左标定板和右标定板上相互对称的设置若干个均匀分布的坐标点；

2）在背景板前放置摄像头，通过激光笔依次点亮左标定板和右标定板上的坐标点，以摄像头中心点为坐标原点，提取各个坐标点的位置，以左标定板、右标定板上的坐标点分别构建其背景平面方程；

3）将待扫描的物体放置在左标定板和右标定板之间，激光笔持续晃动照射，此时摄像头能实时捕获到激光照射到待扫描物体表面上的图像；

在激光笔照射时，提取激光中心线，然后分别取激光线打在左标定板上的两个点和打在右标定板上的两个点构造激光线平面；

4）以摄像头中心点为坐标原点，通过激光笔照射到物体表面上的图像，提取得到激光光条中心线点，称为激光线点；通过激光线点与摄像头中心点构成直线方程，该直线方程与激光线平面相交于一点，将图像中的激光光条中心线上的所有点转换为相对与摄像头中心点的三维空间点；

5）利用所构建的左标定板、右标定板的平面方程作为筛选器，把不是平面上的三维空间点筛选出来就得到了落在待扫描物体表面上的三维空间点，得到了被扫描物体表面的三维空间信息，三维空间信息是以摄像头中心点为坐标原点的；

6）建立一个对应于图像大小的二维数组，将得到的被扫描物体表面的三维空间点信息存储到二维数组中，再按照OBJ格式要求，将数据写入OBJ文件中；

7）按照OBJ文件的绘制方式利用OpenGL图形绘制接口绘制显示，得到扫描物体的三维点云显示结果。

2.如权利要求1所述的基于单目机器视觉的非接触三维扫描方法，其特征在于，所述的左标定板和右标定板的连接角度可调。

3.如权利要求1所述的基于单目机器视觉的非接触三维扫描方法，其特征在于，所述的坐标点为12个，左标定板和右标定板上均设有六个坐标点，其中每三个坐标点均匀分布在一条直线上，形成两条相互平行的直线。

4.如权利要求1所述的基于单目机器视觉的非接触三维扫描方法，其特征在于，所述的坐标点为10个，左标定板和右标定板上均设有五个坐标点，这五个坐标点均匀分布在呈十字形相互垂直的两条直线上。

5.如权利要求1所述的基于单目机器视觉的非接触三维扫描方法，其特征在于，利用光强式结构光中心提取方法或者亮度图的差分式结构光中心提取方法得到激光中心线。

6.如权利要求5所述的基于单目机器视觉的非接触三维扫描方法，其特征在于，所述的光强式结构光中心提取方法，包括以下步骤：

首先在图像的空间域中首先给定一个阈值，当图像中某个位置的亮度值大于设定的阈值时提取该点，否则跳过该点，进行下一个；

然后再将提取到的点中运用重心法进行计算就得到光条中心结构光中心点；

最后按照图像的高斯分布法则，在上述提取的中心点上，对每个点进行Hessian矩阵运算，得到中心点的法线，最终得到光条中心的亚像素精确点。

7.如权利要求5所述的基于单目机器视觉的非接触三维扫描方法，其特征在于，所述的亮度图的差分式结构光中心提取方法，包括以下步骤：

第一步，将RGB三通道图转换为亮度图，然后在图像中没有激光亮条纹时提取20帧图像作为背景帧，对这20帧图像进行均值计算，最后的均值图像作为最后的背景帧；

第二步，在图像中出现激光条纹后，将此时的图像减去背景帧，最后剩下中心亮条纹；

第三步，再按照上面的光条纹光强提取办法，再利用重心法即求得激光光条的中心。

8.如权利要求1所述的基于单目机器视觉的非接触三维扫描方法，其特征在于，所述的激光笔照射晃动的频率为0.05赫兹，即20秒遍历待扫描物体一次。