[发明专利]一种三维成像系统方法、装置及三维成像系统

权利要求书

1.一种三维成像方法，其特征在于，应用于三维成像系统；所述三维成像系统包括投影设备、远心相机、至少两个相机和分光镜；

其中，所述投影设备以与被测物形成第一夹角的方式设置在被测物侧上方，所述远心相机垂直设置在被测物上方，所述至少两个相机分别设置在被测物的不同侧，所述分光镜位于所述投影设备的光轴上，所述投影设备投射的条纹光经所述分光镜折射后以垂直被测物表面的方式投射到被测物表面上，所述远心相机和所述至少两个相机形成用于采集多角度物体图像的第一子系统；所述投影设备用于投射条纹图，所述至少两个相机用于采集多角度投影条纹图，所述投影设备和所述至少两个相机形成用于采集多角度投影条纹图的第二子系统；

所述方法包括以下步骤：

获取所述第一子系统采集的标定物图像；

获取所述第一子系统的第一参数；其中，所述第一参数包括所述远心相机和至少两个相机的内参矩阵、畸变参数、旋转矩阵和平移向量；

基于所述标定物图像和所述第一参数，利用光束平差法对所述第一参数进行优化，得到所述第一子系统的最优参数并对所述第一子系统进行标定；

获取所述第二子系统采集的标定物的投影条纹图；

获取所述第二子系统的第二参数；其中，所述第二参数包括所述投影设备和至少两个相机的内参矩阵、畸变参数、旋转矩阵和平移向量；

基于所述标定物的投影条纹图和所述第二参数，利用光束平差法对所述第二参数进行优化，得到所述第二子系统的最优参数并对所述第二子系统进行标定；

利用标定后的第一子系统采集被测物图像并进行三维成像，得到第一三维图；

利用标定后的第二子系统采集被测物投影条纹图并进行三维成像，得到第二三维图；

融合所述第一三维图和所述第二三维图，得到所述被测物的三维成像图。

2.根据权利要求1所述的三维成像方法，其特征在于，所述至少两个相机为移轴相机，每一个移轴相机的对焦平面、镜头平面和像平面相交于同一条直线；

所述第一参数还包括每一个相机的沙姆矩阵、第一主从相对平移向量和第一主从相对旋转矩阵；

所述获取第一参数的步骤包括：

获取与所述标定物图像对应的每一个相机的姿态，得到每一个相机的沙姆矩阵；

以远心相机作为主相机，根据所述标定物图像获取所述第一主从相对平移向量、第一主从相对旋转矩阵；

所述利用光束平差法对所述第一子系统的第一参数进行优化，得到所述第一子系统的最优参数的步骤包括：

按照以下方式，获取远心相机的重投影误差：

其中，为远心相机第j个标定板的重投影误差，为第j个标定板在世界坐标系的三维坐标，K_TC为远心相机的内参数矩阵，D_TC为远心相机的畸变参数，为第j个标定板的旋转矩阵，为第j个标定板的平移向量，为第j个标定板的二维坐标；

按照以下方式获取第i个相机的重投影误差：

其中，为第i个相机第j个标定板的重投影误差，为第i个相机的内参数矩阵，为第i个相机的畸变参数，为第j个标定板的主从相对旋转矩阵，为第j个标定板的主从相对平移向量，为第i个相机的旋转矩阵，为第i个相机的沙姆矩阵，为第i个相机第j个标定板的二维坐标；

按照以下方式，对所述第一子系统的目标函数进行最小化：

其中，ξ₁为所述第一子系统的最小化后的目标函数，m为标定板个数，n为相机个数；

根据所述第一子系统的最小化后的目标函数，得到所述第一子系统的最优参数。