[发明专利]基于红外热像仪与深度相机的便携式三维温度场重建系统

说明书

本发明涉及一种基于红外热像仪与深度相机的便携式三维温度场重建系统，包括：主处理单元、温度信息采集单元以及三维点云信息采集单元；其中主处理单元利用所包含的GPU器件实现对数据的处理与软件的运行；温度信息采集模块实现对物体表面温度信息的采集；三维点云信息采集模块实现对物体表面三维空间信息的采集，物体表面温度信息和物体表面三维空间信息传输至主处理单元进行处理，将处理后的信息通过可视化上位机进行显示。本发明能够实时在线的对场景进行三维建模，能够将红外温度场信息与三维模型融合，重建效果相比单方面使用RGB‑D深度摄像机或者红外热像仪有了明显的提高。

技术领域

本发明涉及一种三维重建技术，具体的说是一种基于红外热像仪与深度相机的便携式三维温度场重建系统。

背景技术

三维重建技术可以在计算机中逼真地建立客观世界的虚拟信息空间，生成具有重要价值的三维形状信息。通过对这些三维形状信息分析、挖掘、检索和高效利用，可以满足例如数字工厂、数字城市、数字矿山、文物重建、灾情预警等许多重大应用的需求。而三维模型如果能够包含除了肉眼可识别的信息外还能包含更多的不可见信息，对于数字化工厂的应用，例如对设备运行状态进行检测等更有应用价值。而对于不可见光信息，目前最容易获得并包含大量信息的首先想到的就是红外温度场信息。因为许多设备常用于高温、高压和高速运转状态，应用红外热成像仪对这些设备进行检测和监控，既能保证设备的安全运转，又能发现异常情况以便及时排除隐患。

但一方面，由于当前的红外热像仪镜头范围有限，并且光学镜头的平面成像特点导致得到的红外热像图信息只能以二维图片的形式显示。所以，仅用红外热成像仪对于工厂生产过程的监控与检测方法仅仅停留在小范围环境下，并不能对整个工厂的设备运行情况进行监控。另一方面，虽然利用三维重建可以建立整个数字化工厂的三维模型，但这个过程实际上也仅仅使用了可见光的数据，在三维几何建模的过程也受工厂复杂生产环境(例如浓烟、粉尘)的干扰。

发明内容

针对现有技术中利用三维重建仅仅使用可见光数据，在三维几何建模的过程受工厂复杂生产环境的干扰、不能对整个工厂的设备运行情况进行监控等不足，本发明要解决的问题是提供一种能够将红外温度场信息与三维模型融合的基于红外热像仪与深度相机的便携式三维温度场重建系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种基于红外热像仪与深度相机的便携式三维温度场重建系统，主处理单元、温度信息采集单元以及三维点云信息采集单元；其中主处理单元利用所包含的GPU器件实现对数据的处理与软件的运行；温度信息采集模块实现对物体表面温度信息的采集；三维点云信息采集模块实现对物体表面三维空间信息的采集，物体表面温度信息和物体表面三维空间信息传输至主处理单元进行处理，将处理后的信息通过可视化上位机进行显示。

主处理单元为附带GPU的PC机。

温度信息采集单元为红外热像仪(热红外相机)和深度摄像机，二者通过框架刚性的连接在一起，并安装在一手柄上。

三维点云信息采集单元为深度摄像头。

本发明一种基于红外热像仪与深度相机的便携式三维温度场重建系统，包括以下步骤：

信息采集单元参数标定：把信息采集单元采集到的初始数据进行预处理即时空标定；

位姿估计算法：将颜色信息与深度信息进行处理，得到传感器相对于目标物体的位置和方向即位姿；

数据存储算法：将信息采集单元采集到的海量数据，通过TSDF体集成算法把图像的深度信息和位姿进行结合，得到目标物体表面在TSDF空间的距离信息；

模型表面提取：将隐含表示物体表面的距离数据转换为能进一步处理的三维点云数据；

表面重建算法：通过提取出的物体表面的三维点云数据，利用PCL点云库下的表面重建算法进行三维温度场模块重建。