[发明专利]多目立体视觉的三维扫描方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及三维扫描领域，尤其涉及一种多目立体视觉的三维扫描方法及系统。

背景技术

三维扫描是近年来热门技术之一，由于它具备结构简单、精度较高等优点，已被广泛地应用在3D扫描、工业测量等领域。

目前，三维点云的扫描有接触式与非接触式两大类：

(1)接触式扫描主要应用在三维坐标测量，其精度高，还原性强。但对应几何特征尺寸小，具有大面积自由曲面的零部件不能够测量，扫描时间长且价格昂贵。

(2)非接触式扫描主要采用计算机视觉技术，使用双目或多目视觉系统进行扫描，其精度合适且结构简易，由于传统的双目立体视觉采用被动式技术测量，不能有效的解决图像中重复区域、低纹理区域、纹理相似区域等带来的误匹配问题，而结构光方法可以很好的解决误匹配问题，但对于面型较复杂的物体(含有四角的物体或曲面复杂的多面体)需要多次重复扫描。对于采用单目或双目立体视觉的三维激光扫描系统，只能从一个角度获取物体表面的纵向点云信息，但对于面型复杂的曲面物体或部分区域被遮挡的物体，会存在扫描的盲区，导致部分点云数据缺失，大大增加了系统的扫描时间和数据处理时间。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种改进的多目立体视觉的三维扫描方法及系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种多目立体视觉的三维扫描方法，包括如下步骤：

S1：通过设置在待扫描物体周围、处于同一水平高度上不同位置的至少三组视觉组件获取光带图像组，每组所述视觉组件包括两个摄像头及位于两个所述摄像头之间的线激光器，每组所述光带图像组包括左光带图像和右光带图像；

S2：分别提取所有所述左光带图像和所述右光带图像的光带中心；

S3：将每组所述光带图像组中所述左光带图像的光带中心和所述右光带图像的光带中心转换为组内三维坐标数据；

S4：对每组所述视觉组件的所述组内三维坐标数据之间进行联合标定，并将所有所述组内三维坐标数据转换至同一坐标系，得到世界坐标系数据；

S5：结合所有水平高度上的世界坐标系数据进行点云融合，得到所述待扫描物体的三维点云数据。

优选地，所述步骤S2中，采用梯度质心法进行光带中心的提取。

优选地，所述梯度质心法中，包括：

T1：通过公式(1)求得待定质心坐标(x_tn,y_tn)；

其中，Q为所述光带图像的像素值，n为像素的列数，L_k为最小行，R_K为最大行，t为待定质心点的范围；

T2：通过公式(2)计算光带中心坐标(x_c,y_c)，

其中，c下标表示实际质心点，MINxt函数是实现在多个质心坐标比较得到与前一行质心坐标最相似的坐标值。

优选地，所述步骤S3中，通过公式(3)和(4)进行组内三维坐标数据计算：

其中，所述待扫描物体上一点P的三维坐标为(xP,yP,zP)，点P在左摄像头和右摄像头上投影的光带图像坐标为PL(xl，yl)与PR(xr，yr)，f为摄像头焦距距离，B为双目基线距离，视差D＝xl-xr。

优选地，所述步骤S4中，标定方法为：对每两组所述光带图像组中左/右摄像头进行双目标定得到旋转矩阵R和平移矩阵T，然后该两组所述组内三维坐标数据通过公式p＝Rq+T进行转换，其中，p、q分别为两组所述组内三维坐标数据。

优选地，所述视觉组件的数量为四组。

优选地，所述步骤S4中，通过公式(5)得到世界坐标系数据：

No.1：X＝X1-U1

Z＝L1-Z1

No.2：X＝L2-Z2

Z＝U2-X2

No.3：X＝U3-X3

Z＝Z3-L3

No.4：X＝Z4-L4

Z＝X4-U4……(5)

其中，No.1，No.2，No.3，No.4代表四组所述视觉组件，L1、L2、L3、L4为四组所述视觉组件到所述待测物体中心点距离，U1、U2、U3、U4为对应所述光带中心的像素点横坐标，X1、X2、X3、X4为所述光带中心的像素点横坐标。

优选地，所述步骤S5中，所述点云融合包括：