[发明专利]一种三维测量表面温度场重建方法

权利要求书

1.一种三维测量表面温度场重建方法，其特征在于，结合了结构光扫描和示温漆图像判读的三维测量表面温度场重建方法，包括步骤：

(1)构建使用投影仪和工业相机组成的三维测量表面温度场重建装置，所述装置的硬件设备包含投影仪设备和成像相机；

(2)标定相机的内外参数，使用标定板，对相机的相对位置姿态和图像内参数进行标定，获得标定参数；

(3)投影仪照射出一组序列化的编码结构光，照射到被测物体表面，被测物体表面由于结构光的照射，在不同的时刻和不同的位置，存在明暗交替的变化；

(4)在投影仪投射出结构光的同时，相机进行拍照，记录下每一次明暗变化的物体的图像，得到一组序列化的被测物体的结构光图像；

(5)根据结构光编码规则，对数字图像进行结构光解码，得到图像的像素的编码值；

(6)根据相机的标定参数和像素的编码值，三维重建，建立三角测量空间关系，根据三角测量原理，计算图像像素对应的物理世界中的物体的三维坐标；

(7)在漫散射白光条件下，保持扫描设备与物体的位置关系不变，相机拍照，得到被测物体的颜色纹理照片，这是示温漆底图；

(8)相机拍照条件不变，再拍照一张示温漆标准样片比色板的照片；

(9)将纹理照片的颜色值赋给三维重建的三维坐标；

(10)根据示温漆标准样片比色板的数字照片，提取每个不同温度值下的样片的颜色区间，求颜色区间的中值，与对应温度建立起颜色和温度对照表RGB-T，所述R表示彩色图像色彩参数中红色通道亮度值，G表示彩色图像色彩参数中绿色通道亮度值，B表示彩色图像色彩参数中蓝色通道亮度值，T表示与RGB颜色对应的温度值；

(11)使用三维空间插值算法，对颜色和温度对照表进行加密；

(12)在重建三维表面模型的温度场时，提取三维模型的每一个位置的颜色值，在颜色和温度对照表中，找到最邻近的颜色值，并且取出温度值，赋给对应的三维模型的位置，从而得到三维模型温度场分布信息；所述三维模型温度场为三维点云模型和三维网格模型，模型的顶点颜色和网格面片的颜色为步骤(7)所述的纹理颜色；模型的顶点和网格面片还记录了温度参数。

(13)在三维表面温度场模型中，使用颜色聚类和边缘提取算法，所述颜色聚类使用综合颜色空间和距离空间的相似性度量的K均值据类算法，得到区域分割结果；所述边缘提取算法是将聚类后的区域的边缘提取，获得等温线和温度分割效果。

2.根据权利要求1所述一种三维测量表面温度场重建方法，其特征在于，步骤(2)所述的标定板是机器视觉领域的规则标定板，可以使用棋盘格标定板和实心原点标定板。标定要获得的参数包括相机的主距、主点、畸变、相对位置和姿态转角参数。

3.根据权利要求1所述一种三维测量表面温度场重建方法，其特征在于，步骤(3)所述的序列化的编码结构光，使用格雷码或相移码的编码方式，生成编码的模式图像。所述的编码的模式图像，由投影仪投射出来，照射到物体表面。

4.根据权利要求1所述一种三维测量表面温度场重建方法，其特征在于，步骤(4)所述的相机进行拍照，投影仪每次投射一张编码的模式图像，相机就拍照一张照片，投影仪投射和相机照射依次循环进行。

5.根据权利要求1所述一种三维测量表面温度场重建方法，其特征在于，步骤(7)所述的相机拍照得到被测物体的纹理照片，所述的纹理照片是反映被测物体的颜色的照片，所述的纹理照片是没有受到编码的模式图像影响的照片，所述的纹理照片的颜色真实的反映了示温漆的颜色。

6.根据权利要求1所述一种三维测量表面温度场重建方法，其特征在于，步骤(8)所述的相机拍照条件是等同于步骤(7)所述的漫散射白光条件保持扫描设备与物体的位置关系；步骤(8)所述的再拍照得到一张示温漆标准样片比色板的照片；所述的示温漆标准样片比色板的照片的颜色真实反映了示温漆标准样片比色板的颜色。

7.根据权利要求1所述一种三维测量表面温度场重建方法，其特征在于，步骤(9)所述的颜色值赋给三维重建的三维坐标是得到三维坐标和颜色的一一对应。