[发明专利]一种多视角三维测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种多视角三维测量系统及方法。所述系统包括投影仪、四周相机、分束板、彩色相机，所述四周相机采用倾斜像面结构用以满足景深要求，所述分束板用于彩色相机的成像，所述彩色相机用以还原物体颜色信息。所述标定测量方法为对四周相机建立倾斜像面成像模型，并用摄像机对标定板进行拍摄并提取特征点坐标，利用张正友标定法获得相机内外参；对投影仪采用伪相机法原理标定其内外参；通过双目立体标定原理标定出各个相机坐标系和投影仪坐标系的关系来实现系统标定；通过把世界坐标系建立在投影仪坐标系上实现多视角点云融合。所述系统具有测量精度高，速度快，操作简便，可对高反射率物体进行三维测量的优点。

技术领域

本发明属于结构光三维测量领域，具体涉及一种多视角三维测量系统及方法。

背景技术

随着现代精密测量技术进步，光学测量得到的飞速发展。结构光三维测量由于其精度高、速度快、无接触等诸多优点而被广泛应用于产品设计、质量检测、逆向工程、生物医疗等诸多领域。其中光栅投影结构光三维测量由于其测量精度高，效率高，实现简单而被广泛研究。

目前针对高动态反射率范围物体的三维测量多采用喷涂抑制反光粉的方法来实现，其过程繁琐，精度低，特别是像PCB板之类的小型物体，其应用范围受到了很大限制。

多视角三维测量利用多个相机从不同视角拍摄物体，优选图像中可用于三维重建的部分，还原物体三维形貌，可方便实现高动态反射率物体的三维测量。

发明内容

本发明的目的是为了解决在高动态反射率物体三维测量中存在的精度低，操作繁琐等问题，提出一种操作简单，速度快，用于反光物体检测的多视角三维测量系统及方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

一种多视角三维测量系统，包括投影仪、投影仪镜头、分束板、彩色相机、彩色相机镜头、四周相机以及四周相机镜头；其中，

四周相机光轴与投影仪光轴存在20-40度的夹角，分束板的平面和投影仪光轴呈45°角配置，彩色相机及彩色相机镜头的光轴与投影仪的光轴呈90°角配置；

检测时，投影仪光轴经垂直于被测物平台，投射光栅图像经过下方的投影仪镜头和分束板，照射在被测物平台上的被测物体上，产生经被测物体表面高度调制的变形光栅图形，四周相机及四周相机镜头采集经被测物体表面高度调制的变形光栅图形，对采集到的变形条纹进行分析，得到被测物体表面的点对应的相位值；最后根据之前标定好的四周相机和投影仪的内外参数还原出被测物体表面点的三维数据；彩色相机及彩色相机镜头通过分束板从被测物体正上方采集被测物体无投影照明时的图像，获得被测物体表面的彩色信息，根据标定信息将该图像的像素与三维点云匹配，对点云进行上色。

本发明进一步的改进在于，四周相机和四周相机镜头采用沙姆倾斜像面结构，以解决小视场高放大率情况下的景深过小的问题；

在四周相机和四周相机镜头之间配置有楔形件。

本发明进一步的改进在于，投影仪和每一个四周相机构成一个单目视觉系统，得到该视角的三维点云，最终四个视角的点云融合得到完整的三维点云。

一种多视角三维测量系统的整体标定方法，包括如下步骤：

1)用张正友标定法结合沙姆定律对四周相机进行标定；

2)投影仪投射条纹图像，求解标定点精确相位值，利用相位-投影仪像素对应关系赋予投影仪拍摄物体的能力，结合张正友标定法对投影仪标定；

3)结合双目立体标定方法标定投影仪和四周相机之间的位置关系，以投影仪坐标系作为统一的世界坐标系，完成系统的标定。

5.根据权利要求4所述的一种多视角三维测量系统的整体标定方法，其特征在于，在步骤1)中，建立了四周相机图像像素坐标系和靶标坐标系的映射关系：