[发明专利]基于转台的全自动3D扫描方法及系统

说明书

基于转台的全自动3D扫描方法及装置，立体靶标三角形阵列的指定三角形内部预设有编码图案，通过编码图案角点进行索引以得到唯一的角点ID；使用深度相机和彩色相机拍摄立体靶标指定方位，检测出带索引的角点2D像素坐标，根据预先定义的物理尺寸获得每个2D像素下角点对应的3D坐标；根据深度相机每次采集的数据得到相机坐标系下的带索引的立体靶标的角点3D坐标，根据立体靶标的角点3D坐标得到转台的旋转中心；将待扫描的物体对象置于标定后的转台上，每次转动的过程触发深度相机和彩色相机各采集一次数据，将物体对象的彩色深度图转换为物体对象的3D点云。本发明实现物体对象的全自动三维扫描，提高了三维扫描的效率和成像质量。

技术领域

本发明涉及一种基于转台的全自动3D扫描装置，属于3D扫描技术领域。

背景技术

计算机视觉中，三维重建是指根据单视图或者多视图的图像重建三维信息的过程。由于单视频的信息不完全，因此三维重建需要利用经验知识。而多视图的三维重建(类似人的双目定位)相对比较容易，其方法是先对摄像机进行标定,即计算出摄像机的图像坐标系与世界坐标系的关系，然后利用多个二维图像中的信息重建出三维信息。

3D扫描仪采用投射条纹到物体表面，再用黑白相机采集图像，通过计算条纹在物体表面的变形，获得的物体三维轮廓信息。传统的3D扫描技术中，通常包括图像获取、摄像机标定、特征提取、立体匹配和三维重建，处理过程比较繁琐，三维重建质量差。另外，对重建对象进行3D扫描需要采集者手持着3D扫描仪对立体物扫描，手持扫描方式常常因采集者采集过程中发生手颤抖而造成采集图案不连续，部分扫描不完全、变形等扫描不佳的问题，进而造成采集后的修复时间长，不能完全还原原来形状的问题。现实中要求测量的物体大多是彩色的，如一些彩色的文物，不仅要求能准确获取物体的三维轮廓信息，而且希望保留尽可能真实的表面颜色纹理信息。而单纯的将三维扫描仪的相机改为彩色相机，会增加噪声，使得数据质量变差。如何在借助深度相机和彩色相机，不采用3D扫描仪的前提下，实现扫描对象的全自动三维扫描是一个亟待解决的技术问题。

发明内容

为此，本发明提供一种基于转台的全自动3D扫描方法及系统，通过深度相机和彩色相机配合转台，实现扫描对象的全自动、高质量的三维扫描。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于转台的全自动3D扫描方法，包括以下步骤：

构造立体靶标，所述立体靶标的每一面具有三角形阵列，所述三角形阵列的指定三角形内部预设有编码图案，通过所述编码图案对所述三角形阵列中的三角形角点进行索引以得到唯一的三角形角点ID；

深度相机和彩色相机标定，固定所述深度相机和彩色相机的位置，使用所述深度相机和彩色相机拍摄所述立体靶标指定方位，检测出带索引的三角形角点2D像素坐标，根据预先定义的物理尺寸获得每个2D像素下三角形角点对应的3D坐标；

转台标定，将所述立体标靶置于固定位置的转台上，按照第一预设次数转动所述转台，每次转动的过程通过所述深度相机进行一次数据采集，根据所述深度相机每次采集的数据得到相机坐标系下的带索引的立体靶标的三角形角点3D坐标，根据立体靶标的三角形角点3D坐标得到转台的旋转中心；

自动化3D扫描，将待扫描的物体对象置于标定后的所述转台上，根据第二预设次数转动所述转台，每次转动的过程触发所述深度相机和彩色相机各采集一次数据，根据深度相机和彩色相机标定结果得到物体对象的彩色深度图，将物体对象的彩色深度图转换为物体对象的3D点云。

作为基于转台的全自动3D扫描方法的优选方案，通过三角形角点对应的3D坐标计算所述深度相机和彩色相机相对于所述立体靶标的姿态；

根据深度相机和彩色相机的姿态关系，通过投影的方式为深度图生成相应的彩色图。

作为基于转台的全自动3D扫描方法的优选方案，使用PnP算法计算所述深度相机和彩色相机相对于所述立体靶标的姿态；