[发明专利]基于线结构光的三维影像测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种，尤其是一种基于线结构光的三维影像测量方法。

背景技术

现有技术中，线结构光测头已经在逆向工程和质量控制领域获得了广泛应用。该线结构光测头与传统的三坐标测量机接触式测量相比大大提高了测量速度。这类测头通常是由一个激光发射器和一个或两个电荷耦合器件（Charge Coupled Device,简称CCD）摄像机组成。其中激光发射器发出一条激光线，投射到物体表面；CCD摄像机可以接收被测物体上的漫反射光。通过对该系统进行标定就可将CCD摄像机像面上的像素坐标转化为光平面内的二维坐标。通过运动机构移动物体或移动测头就可以实现对物体的三维扫描测量，所获取的三维数据就是投射到物体上的光条的数据。这类测头的特点是一次可得到一条激光线上的数据，通常是几百个，具有较高的效率，光条上两个点之间的最小距离是由沿光条方向的像素大小决定的。这类测头的主要缺点是不能清晰准确地测量物体的边缘轮廓，物体的边缘通常对应光条断开的地方，这使得该测头无法获取物体边缘轮廓的准确数据。

另外，传统的二维影像测量是利用一个CCD摄像机检测二维平面上物体的边缘轮廓，具有很高的清晰度和精度，在精密检测领域已经得到了广泛的应用。但该方法只能检测同一个平面内的边缘特征，不能检测三维特征。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述缺陷，提出了一种将线结构光和影像测量相结合的三维影像测量方法，不仅能利用线结构光的原理快速获取物体表面上的三维数据，同时还能获取空间物体的精确的边缘轮廓数据。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种基于线结构光的三维影像测量方法，包括以下步骤：

（1）关闭环形LED光源，打开线结构光投射器，线结构光投射器发出的平面与被测物体相交产生一条很亮的激光光条，摄像机拍摄该光条的图像，对该光条的图像进行处理从而获得激光光条的中心位置，该中心位置通过O″uv坐标系的像素坐标（u,v）表示；

（2）关闭线结构光投射器，打开环形LED光源，摄像机获取被测物体的图像，对该图像进行亚像素边缘提取，得到物体特征的精确的图像信息；

（3）将步骤（1）的激光光条中心和步骤（2）中物体的亚像素边缘相交得到两个点P和Q，P点和Q点既在激光光条内，又在物体的边缘上，即P点和Q点是在光条上的边缘点，只有在光条上的点才能通过最终转换为空间三维坐标，重复上述三个步骤即可得到获取物体边缘轮廓的二维像面坐标；

（4）通过线结构光“内参数”标定可以根据二维像面坐标得到光平面中的二维坐标，OsXsYs是光平面中的二维坐标系；

（5）通过三维影像测量仪的“外参数”标定可以将光平面中的二维坐标转换到运动机构的三维坐标系中，从而实现三维扫描测量，OmXmYmZm是运动机构的三维坐标系。

本发明中，激光光条中心的提取采用重心法，即投射到物体上的激光光条的亮度近似高斯分布，中间最亮，向两边逐渐变暗，N_i-2到N_i+2是光条上像素位置，V_i-2到V_i+2是对应像素的灰度值，则重心法公式如下：

P=Σi=-2i=2Ni×ViΣi=-2i=2Vi]]>

所述图像亚像素边缘提取采用基于灰度差重心的亚像素算法，设边缘处的灰度值为g_i(i=-3,-2,…,3)，相应的灰度差值表示为