[发明专利]一种基于结构光的单目视觉三维扫描测量装置及测量方法

说明书

本发明请求保护一种基于结构光的单目视觉三维扫描测量装置与方法，装置包括激光发射器、面阵相机、CCD激光三维扫描控制装置和成像支架、测量目标及计算机，方法包括步骤：激光发射器以平行于测量目标轴线方向投射激光；面阵相机采集测量目标上变形的激光条纹图像，提取测量目标表面激光线形调制信息，并发送至计算机；计算机将变形的激光条纹图像通过傅立叶变换法先求解相位值；计算机根据激光发射器、面阵相机和测量目标间的几何关系求出测量目标的高度；计算机将测量目标的参数转换为三维模型。本发明能够扫描测量目标，且兼有模型复原的功能，可实现精确的三维重建，实现快速的产品质量检测，具有高精度、高效率、易实施等优点。

技术领域

本发明属于机器视觉领域，具体涉及一种基于结构光的单目视觉三维扫描测量装置与方法。

背景技术

在社会生产和生活中，三维测量引起人们普遍关注。三维测量是物体三维重建的基础，现有的三维测量技术按测量方式的不同分为两种：接触式测量和非接触式测量。接触式测量方法的优势在于测量精度高，但由于是点接触测量，测量的速度会比较慢；其次对周围的环境的要求较高，比如温度就会影响它的测量精度；由于三坐标测量仪器的框架结构，测量体积较大的物体就会受到限制；对与人体和一些柔软的物体，接触式测量方法也无法进行测量。非接触式测量则排除接触测量对柔性物体测量的人为等受力干扰，可以测量一些不可接触的物体，如辐射体、高温物体等，因为是数字图像处理，计算机识别，因而采集速度较快。随着计算机和光电技术的发展，以光学三维测量技术为代表的非接触式测量得到了飞速的发展。非接触测量技术与接触式测量技术相比，非接触式测在无损伤、速度较快、分辨率高等方面的具有很大的优势，是目前获得物体三维模型信息的非常重要的手段。

针对钢卷包装打捆后的捆带质量检测问题，如果只使用传统的图像处理方法，通过对打捆钢卷源图像进行图像灰度化、增强、去噪、滤波、分割、线段检测等处理工作，虽然也能识别出部分打捆钢卷图像中的捆带数量，但是精确度较低，而且对于存在近似颜色、灰尘、锈迹干扰的打捆钢卷图像很难得到理想的图像处理效果，其捆带数量识别结果显然也难以满足工业检测精确度要求。此外，对于打捆钢卷存在的捆带松弛、断裂问题，只使用传统的图像处理方法是无法识别出来的，所以需要考虑更加合理有效的识别方法用于钢卷包装打捆后的捆带质量检测。随着各种高性能器件的出现，使得光学非接触测量技术迅速的发展，尤其是基于结构光的非接触式测量法得到了广泛的应用，目前在汽车制造等行业中，已经比较成熟地应用让激光作为光源的激光扫描法，通过光源、物体表面反射点以及成像点之间的三角关系得到表面反射点的空间位置，这种方法就是主动式三角法。结构光三维测量技术的优点是测量的速度快，可以测量不规则的物体，在非接触式测量领域已经被世界各国应用在工业生产上。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种能精确获取被测物体形貌并实现快速的质量检测的基于结构光的单目视觉三维扫描测量装置及方法。本发明的技术方案如下：

一种基于结构光的单目视觉三维扫描测量装置，其包括：激光发射器(1)、面阵相机(2)、CCD激光三维扫描控制装置和成像支架(3)、测量目标(4) 及计算机(5)；

所述激光发射器(1)通过在吊机悬臂上安装三角支架将其安装在CCD激光三维扫描控制装置和成像支架(3)上，激光发射器(1)以平行于测量目标 (4)轴线方向投射一束激光，所述激光发射器(1)的出光方向固定；

所述面阵相机(2)采用高速高清晰单目面阵CCD/CMOS相机，用于采集测量目标(4)上呈现的激光条纹图像，提取测量目标(4)表面激光线形调制信息，并发送至计算机(5)；

所述CCD激光三维扫描控制装置和成像支架(3)通过在吊机悬臂上安装三角支架安装激光发射器(1)和面阵相机(2)；

所述测量目标(4)接收激光发射器的投射光并进行漫反射；