[发明专利]一种密集平行线结构光三维扫描方法与系统

说明书

本发明提供一种密集平行线结构光三维扫描方法与系统，包括设计密集平行线单帧图案；通过投影仪将预先设计好的单帧密集平行线投射到被测物体表面；双目相机拍摄经调制的密集平行线图案，进行高精度线提取和分段；利用双目相机与密集平行线形成的空间平面的相对关系确定分段线段上每个提取点的候选投影仪列号值；利用同一线段上的提取点投影仪列号的一致性删选候选投影仪列号值；利用相邻线段列号的连续性验证候选投影仪列号值有效性；根据线段上的像点坐标和对应的投影仪列号逐点重建点云。本发明解决了传统多线结构光扫描重建结果稀疏、分布不均、需要标志点辅助定位、多线交叉影响重建结果等问题。

技术领域

本发明涉及三维测量领域，尤其涉及一种密集平行线结构光三维扫描方法与系统。

背景技术

普通的影像建模中，光源是环境光或者白光这种没有经过编码的光源，图像识别完全取决于被拍摄物体本身的特征点，因此匹配一直是影像建模的一个难点。而结构光法的不同在于对投射光源进行了编码，拍摄的是被编码的光源投影到物体上被物体表面的深度调制过的图像。因为结构光光源带有很多的编码特征，可以很方便的进行特征点的匹配，即结构光法主动提供了很多特征点进行匹配，而不再需要使用被摄物体本身具有的特征点，因此可以提供更好的匹配结果。另外，由于普通的影像建模中拍摄物体多种多样，每一次影像匹配都面对不同的图像，需要重新提取特征点；而结构光法投影的是相同的图案，特征是固定的，不需要根据场景的变化而有变化，降低匹配的难度，提高了匹配的效率。

结构光法中最重要的是对于编码的设计和识别，如图1所示，按照编码方式的不同，大致可以分为空间编码、时间编码、时空编码、多波长复合编码、直接编码和线结构光扫描六类。空间编码技术将编码信息隐藏在单帧投影图像空间中；时间编码技术将多个不同的编码图案按时序投射，将对应的编码图像序列组合起来进行解码；时空编码技术融合了时间编码方案和空间编码方案，通过时间编码技术解决编码容量问题，利用空间编码技术解决重建问题；多波长复合编码技术是一种在同一时间，不同波段上获取不同编码信息用于重建的技术；直接编码方法利用投射光线特性(比如颜色变化、灰度变化等)，直接为编码图案的每个像素设定一个码字；线结构光扫描技术往被测物体表面投射多道线激光，算法提取图像中线结构特征实现匹配和重建。

多线结构光扫描不进行任何编码，目前多采用互为交叉的两列平行结构光线，通过双相机来区分结构光线，从而完成匹配，如图2所示。多线结构光法的优点是1)不易被物体表面形状、颜色和材质破坏；2)重建需要极其小的图像空间，几何细节恢复能力较强；3)结构光线不容易受到噪声干扰，基本不会互相干扰；4)不需要解码，采用双相机校验，且结构光线有利于高精度提取；5)可以采用结构光线内部点的连接关系提高重建质量。但是目前传统的多线结构光扫描仍具有如下的缺点1)只能采用稀疏的多线结构光，得到稀疏且分布非常不均匀的结构信息；2)必须在物体上贴标志点来辅助定位，不利于设备使用；3)多线交叉位置附近重建的结果不准，需要进行判断和删除，浪费了重建信息。

发明内容

本发明针对传统多线结构光扫描重建结果稀疏、分布不均、需要标志点辅助定位、多线交叉影响重建结果等问题，提供一种密集平行线结构光三维扫描方法，该方法既保留了传统多线结构光的优点，同时又解决了传统多线结构光的问题，包括以下步骤：

S1，设计密集平行线单帧图案；

S2，通过投影仪将预先设计好的单帧密集平行线投射到被测物体表面；

S3，双目相机拍摄经调制的密集平行线图案，进行高精度线提取和分段；

S4，利用双目相机与密集平行线形成的空间平面的相对关系确定分段线段上每个提取点的候选投影仪列号值；

S5，利用同一线段上提取点的投影仪列号的一致性删选候选投影仪列号值；

S6，利用相邻线段列号的连续性验证候选投影仪列号值的有效性；

S7，根据线段上的像点坐标和对应的投影仪列号逐点重建点云。