[实用新型]一种基于光度立体视觉的视觉系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学三维测量领域，尤其涉及一种基于光度立体视觉的视觉系统。

背景技术

三维重建技术在三维建模、逆向工程、3D打印、人体测量、人机交互、电影和动画制作等方面具有广泛的应用。基于正弦条纹的系统，具有很高的测量精度，但成本高，因此难以在消费级应用中使用。近年来，廉价的三维成像传感器(如Kinect)使得3D数据获取的成本大大降低，但这些廉价的传感器精度很有限，不能直接得到高精度的三维重建。目前为了提高三维重建的精度，一类方法是对多点观测的三维点云进行加权平均，另一类方法是与其他类型的三维重建方法进行融合，如光度立体视觉方法、从明暗恢复形状的方法等。

其中，经典的光度立体视觉方法利用同一个相机拍摄的3张不同光照条件下的图像，可以计算出被测物体表面的法线方向。光度立体视觉方法能够很好地重建表面的高频细节，但得到的结果容易出现低频的畸变。并且光度立体视觉方法大部分还处于实验室研究阶段，对使用的条件要求非常严格。此外，基于点光源的光度立体视觉系统比基于平行光的立体视觉系统具有更加紧凑的结构，但为了保证法线方向估计的精度，各个点光源之间需要保持着较大的间距，这就使得立体视觉系统的体积较大。有的立体视觉方法假设目标表面具有均匀的反射率，对具有均匀反射率的目标重建效果很好，但不适用于具有多反射率的目标。而在实际应用环境中，具有多反射率的目标是很常见的。并且有些对传感器尺寸很敏感的产品，比如手机，其希望搭载或外挂的3D传感器的尺寸越小越好。

实用新型内容

为了解决以上技术问题，本实用新型提出了一种可以结合光度立体视觉和传统立体视觉的视觉系统，该系统可以有快速测量模式和精确测量模式两种模式，并且，该系统中点光源之间的距离可以很小，这就使得本实用新型的系统体积可以做到很小，从而具备良好的便携性和实用性。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于光度立体视觉的视觉系统，所述视觉系统包括如下装置：

光斑发生器，所述光斑发生器能够投射密集的斑点；

至少3个LED，所述至少3个LED的每一个形成一个点光源；

两个相机，所述两个相机构成一对立体相机；和

控制电路，所述控制电路分别与光斑发生器、至少3个LED和两个相机通信连接，以控制：所述光斑发生器投射密集的斑点；所述至少3个LED相继被点亮，且在同一时间只有一个LED被点亮；所述两个相机被同时触发以采集在光斑发生器照射下的物体表面的图像；和所述两个相机中的一个被触发以采集在LED照射下的物体表面的图像。

作为本实用新型上述技术方案的可选方案，所述视觉系统还包括封装外壳，光斑发生器和两个相机嵌入在封装外壳的同一表面且光斑发生器位于该表面的中心位置。

作为本实用新型上述技术方案的可选方案，所述两个相机对称地固定在光斑发生器的两侧。

作为本实用新型上述技术方案的可选方案，LED为3个或4个。

作为本实用新型上述技术方案的进一步改进，所述视觉系统还包括与LED数量相同的多个旋转臂，其中多个旋转臂的一端分别固定有一个LED，多个旋转臂的另一端以光斑发生器为中心对称地枢轴连接于封装外壳上。

作为本实用新型上述技术方案的进一步改进，所述多个旋转臂的长度小于封装外壳长轴的一半。

作为本实用新型上述技术方案的进一步改进，所述封装外壳为六面体，且在连接旋转臂的位置处均设置有长条形凹槽。

作为本实用新型上述技术方案的进一步改进，所述视觉系统中的光斑发生器为近红外光斑发生器，和/或两个相机为近红外相机。

作为本实用新型上述技术方案的可选方案，所述视觉系统还包括数据处理单元，所述数据处理单元对两个相机采集的图像进行处理和分析。

本实用新型相对现有技术具有如下有益的技术效果：