[发明专利]一种光学成像的三维轮廓重建系统及其重建方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学成像，尤其是涉及一种光学成像的三维轮廓重建系统及其重建方法。

背景技术

三维数据获取方法是计算机视觉、测量学等领域研究的热点问题之一。随着近二三十年的研究，许多三维数据获取方法已经成功应用在逆向工程、工业检测、人体测量、文物保护、虚拟现实等诸多领域（[1]李仁举，查红彬.一种基于图像的三维重建方法：中国，200810224347.9[P].2008-10-17[2009-03-11]）。

目前，三维重建的研究方法主要分为两大类：一类是主动式方法，如激光扫描仪，它可以获得较高的重建精度，但设备价格昂贵，且需要专门的光源装置来提供物体周围照明；另一类是被动式方法，如基于图像序列的方法，它利用场景在自然光照下的二维图像来重建物体的三维信息，这类方法成本低，操作简便，受到了广泛的应用（[2]张之江，崔桂涣.自由多视角、实时的三维重建系统和方法：中国，200810040016.X[P].2008-07-01[2008-12-10]）。

一种光学成像的三维重建方法是利用图像序列重建获取三维数据最有前景的方法之一（[3]Zheng Fang,Qingming Luo,Qian Liu,et al,”Effective method for automatic contour extraction in computerized tomography reconstruction,”[J].Journal of Electronic Imaging17(1),013016(Jan-Mar2008)）。利用相机拍摄照片可为重建提供原始数据，将其输入计算机，经过配准、剪切、分割、表面重建及绘制等步骤，选择相应的算法对重建对象进行三维重建，获得其立体的形态及其相应的表面信息和体信息。该类方法重建效果较好，成本低，且能满足很多应用上的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供可通过计算机技术对物体多幅照片进行分析处理，实现其三维重建与显示，可为工件进一步加工处理提供重要依据，可为样本三维信息的存储提供方便的一种光学成像的三维轮廓重建系统及其重建方法。

本发明采用一种光学成像的三维轮廓重建系统，所述光学成像的三维轮廓重建系统设有工业相机、旋转台、运动控制器和计算机；所述计算机分别与工业相机和运动控制器连接，运动控制器与旋转台连接，重建对象固定于旋转台中央，运动控制器通过控制旋转台带动重建对象在位置固定的工业相机的视野和景深范围内做自由旋转运动。

所述一种光学成像的三维轮廓重建方法，包括以下步骤：

1）采集图像，对每一幅图像进行分割，获取二值图上样本的轮廓，得到二值图像序列；

2）处理二值图上的样本轮廓，将由步骤1)得到的二值图像序列进行锥形束逆投影运算得到样本的三维轮廓切片序列；

3）用三维处理软件对由步骤2)得到的三维轮廓切片序列进行显示和数据统计，从而得到重建对象的外形轮廓。

在步骤1）中，所述图像进行分割的具体步骤可为：

1）根据照片序列里样本所占画幅面积对照片进行裁剪；

2）利用样本与背景的色相反差采用阈值处理技术，将重建对象从背景中分离出来；

3）结合对象的几何特征，利用成像平面上物的透光性进行分割，得到二值图。

在步骤2）中，所述得到样本的三维轮廓切片序列的具体步骤可为：

1）对被测对象实体区域进行交集运算得到二值图像数据重建出的切片图；

2）对每一行图像重复进行上述操作，即可得到被测对象的三维轮廓切片序列。

在步骤3）中，所述得到重建对象的外形轮廓的具体方法可为：利用三维重建软件Amira读取得到的切片序列数据，调整参数后，即可重建生成对象清晰的三维轮廓，由此可获得对象的表面信息和体信息。

本发明的三维重建利用计算机视觉技术，重建算法以切片数据恢复三维外形为依据，可得到清晰的三维轮廓，获得表面信息和体信息。本发明所提供的方法具有简单、实用、重建效果好的优点。

附图说明

图1是本发明的光学成像的三维轮廓重建系统实施例的结构示意图。

图2是光学成像系统锥束几何关系示意图。

图3是重建算法几何示意图。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。