[发明专利]基于立体视觉的三维重建的点云误差补偿方法及系统

说明书

本公开提出了基于立体视觉的三维重建的点云误差补偿方法及系统，包括：获得从多个位置拍摄的标定板的图片并基于上述图片重建出三维点云数据；基于重建出三维点云数据求取实际坐标点集，将实际坐标点集与求取的理论点集差值作为点云的重建误差并建立误差模型；对实际物体进行三维扫描重建时，利用误差模型对扫描得到的点云数据进行误差补偿，获得补偿后的点云坐标。本发明提供的点云补偿方法对三维重建的最终结果三维点云进行标定，得到误差映射模型，通过误差预测和补偿，提高了三维重建的精度。

技术领域

本公开属于三维视觉、非接触测量与逆向工程技术领域，尤其涉及基于立体视觉的三维重建的点云误差补偿方法及系统。

背景技术

立体视觉技术是依靠一对相机或多对相机利用三角测量原理从二维图像信息中估计目标物体的三维坐标信息。而立体视觉结构光系统是在立体视觉的基础上增加了结构光投射设备，通过投影条纹，散斑等图案到目标物体上，从而增加纹理，提高匹配的精度，可以获得更高精度和更高密度的三维信息。近年来，三维重建技术已经用于测量、逆向工程、医疗等各个领域，其中立体视觉和立体视觉结构光三维重建技术具有快速、高效、非接触等优点获得了广泛的应用。

发明人发现，立体视觉和立体视觉结构光三维重建技术的精度与相机标定和系统标定的精度息息相关，但是目前的标定方法大多采用参数估计并迭代优化的方法来计算标定结果，不可避免的存在误差；另外由于标定的结果会在后续的重建过程中用于图片的矫正和投影参数的计算，导致标定误差在这些过程中传递，多种误差耦合在一起，共同影响了重建的精度，导致重建出来的点云模型存在较大的误差。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本公开提供了基于立体视觉的三维重建的点云误差补偿方法及系统，对立体视觉三维重建的点云数据的误差进行补偿，进而提高三维重建的精度，获得扫描对象更高精度的点云数据，从而更好的指导后续的测量或加工工序的方法。

为实现上述目的，本公开的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

第一方面，公开了基于立体视觉的三维重建的点云误差补偿方法，包括：

获得从多个位置拍摄的标定板的图片并基于上述图片重建出三维点云数据；

基于重建出三维点云数据求取实际坐标点集，将实际坐标点集与求取的理论点集差值作为点云的重建误差并建立误差模型；

对实际物体进行三维扫描重建时，利用误差模型对扫描得到的点云数据进行误差补偿，获得补偿后的点云坐标。

进一步的技术方案，获得从多个位置拍摄的标定板的图片之前，使用棋盘格和张氏标定法进行相机标定，得到相机之间的空间外参数和两个相机各自的内参数。

进一步的技术方案，重建出三维点云数据，具体为：

建立二维棋盘格坐标系；

标记处棋盘格内角点；

使用立体视觉相机同时采集标定板图片，利用立体视觉技术重建出该位置的棋盘格内角点三维点云坐标；

带动棋盘格图像等间距移动k次，并对每个位置的棋盘格内角点进行重建，得到立体视觉坐标系下的k幅点云。

进一步的技术方案，重建出三维点云数据之后求取实际坐标点集，具体为：

建立空间三维设计坐标系，构建位于位于XOY平面内的棋盘格角点坐标集，计算从棋盘格第一个位置的点云到棋盘格角点坐标集的刚度变换矩阵，将得到的k幅点云使用刚度变换矩阵转换到空间三维设计坐标系下，即得到实际坐标点集坐标。

进一步的技术方案，对实际三维点集进行估计得到平面的移动方向向量，将得到的棋盘格角点坐标点集沿着移动方向向量以间隔移动k次得到理论点集坐标。