[发明专利]一种非接触三维成像测量方法、系统及计算机可读存储介质

说明书

本发明涉及一种非接触三维成像测量方法，可在大范围内精确测量水面的三维变化，利用多层静水面重构结果的插值作为畸变误差的补偿，可以进一步消除包括镜头畸变影响在内的多种光学误差；对于一个标识点，只需要利用上一张照片的对应结果在已知位置附近迭代重新计算形心，而无需对整张照片重新进行处理；这样不仅极大提升了计算效率，更重要的是面对水波表面的动态变化，可以自动追踪标识点的形心位置，从而使得标识点在每个相机中的位置自动完成匹配。

技术领域

本发明涉及一种非接触三维成像测量方法、系统及计算机可读存储介质。

背景技术

在水动力学的物理实验研究中，往往要测量波浪传播过程中水面高度的变化，在传统的实验波浪水池内采用浪高仪来测量水面高度。但浪高仪有两个缺点：一个是浪高仪要与水体接触，因此会对波浪传播有一定影响；另一个是只能测量一点处的波面高度变化，在进行大范围测量和密集测量费时费事。若能进行非接触式且覆盖面更大的多点式测量，则能更有效的得到波浪运动时自由水面的高度变化，为科研生产提供更全面的数据。

现有技术的存在以下问题：

一、现有技术中，对相机每一时刻拍摄的图片都要进行全图片的图像学分析以得到标识点形心的二维坐标。由于图片分辨率一般较高，因此对每张图片进行全图片的图像学分析的计算量比较大。

二、现有技术中，是用透视变换算法将倾斜的光斑阵列校正为矩形。透视变换的算法是利用四个顶角的位置来进行图形变换，使不规则四边形变为矩形。但是当波浪的局部三维变形较大时，利用四个顶角位置进行透视变换处理后，光斑阵列的内部却无法规则的排列，在现有技术中为解决这个问题，光斑数量不能过于密集。这样当波浪的局部三维变形较大时，透视变换处理后的光斑阵列虽然在内部不规则，但因为光斑较少，还是可以按照一定方法进行排序。然而光斑较少就会导致三维重构技术的空间分辨率降低，无法得到足够密集的空间三维位置测量。

三、当测量区域较大时，将无法避免的引入相机镜头畸变误差，产生“近处物体大，远处物体小”的现象。尽管在标定过程中存在镜头畸变补偿系数，但在实际测量环境中存在多种可能影响测量结果的光学误差，包括镜头畸变在内的这些光学误差难以一次性全部处理。如果不进行其他补偿修正，则无法满足水动力学实验所要求的高精度测量。因此现有技术对波面的三维重构结果难以应用到精度要求较高的科研之中。

综上，现有技术无法“在大测量范围内对局部变形较大的水面进行快速的高精度测量”的问题。

发明内容

针对现有技术无法解决“在大测量范围内对局部变形较大的水面进行快速的高精度测量”的问题，本发明所采用的技术方案是：

一种非接触三维成像测量方法，所述方法包括：

步骤1，通过对多层静水平面的重构结果进行插值，得到镜头畸变的补偿值；

步骤2，通过将标识点位置和顺序在相邻两张图片中自动继承，实现不规则光斑阵列的匹配，根据补偿值得到标识点的空间三维坐标。

其中，所述步骤1具体包括：

步骤1.1，相机标定，获取空间三维坐标与照片中二维像素坐标之间的映射关系矩阵R；

步骤1.2，确定静止水面上的特征标识点；

步骤1.3，基于映射关系矩阵R计算标识点形心并进行透视变换，将原始光斑阵列构成的不规则四边形图像改变为矩形，完成标识点的自动匹配；

步骤1.4，求解标识点三维坐标；

步骤1.5，将1.4中得到的所有标识点扣除其Z向高度的平均值，进行空间曲面拟合，然后求出此位置处Z向的误差补偿值。

如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤1具体还包括：