[发明专利]一种基于线结构光旋转扫描的主动式三维重建系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于线结构光旋转扫描的主动式三维重建系统及方法，系统包括图像采集模块、转台运动模块、转台运动控制模块、图像处理模块、三维坐标计算模块、数据传输与读取模块以及显示模块；图像采集模块置于转台运动模块之上，转台运动模块与转台运动控制模块连接，且转台运动控制模块控制转台运动模块做旋转运动。本发明能对待测目标的三维形貌信息进行重建以及测量，具有结构合理、适应性强、重建精度高等特点。相比于传统的基于平移滑轨的三维重建系统，本系统因采用旋转采集方式，设备体积更小，运行时占用的空间更小，且能有效避免传统直线平移过程中引入的机械抖动误差。

技术领域

本发明属于三维测量技术领域，特别是一种旋转式运动扫描与采集的主动式三维测 量系统与方法。

背景技术

相比于传统的测量探测方法，三维测量技术有着更多优势，如今在产品质量控制、自动化生产、逆向技术等诸多领域中被广泛应用。近年来，得益于计算机、光电、图像 处理等技术的蓬勃发展，使得在三维测量领域内，在技术实现和理论分析上有越来越多 的难题被广大研究人员和学者解决，这些都给予了三维测量技术更多的发展空间和发展 机遇，不断迈向更高的阶梯。在这其中，激光三角测量法因精度可观、原理简单、非接 触且适应性强，成为了应用最为普遍的技术之一。

结构光法属于主动式测量的一个重要分支。最初提出它是为解决立体视觉中图像匹 配难题，根据光源可分为点、线、面等形式结构光。点结构光法通过采集设备获取分析亮点的位置，经转换计算获得各点三维坐标。其缺点为测量效率低，采集到的每张图像 只包含一个激光亮点，仅对应一个空间点的信息，所以获取物面信息的速度较慢。线结 构光法在物面形成一条高亮光带，光带的空间形状携带着待测物面的空间信息，系统通 过采集分析该光带所包含的三维信息，即能够算出相应空间坐标。对比点扫描，线结构 光系统的单张图像所包含信息量大幅增多，效率远高于点扫描，同样有着较高的精度。 面结构光可在物面上同时产生更多信息，但多光带的匹配会带来巨大的系统运算量，且 系统标定复杂度会极大增加，系统整体工作量远大于线结构光法。

通过上述介绍与对比，针对面结构光在实时性与系统复杂度上的劣势，以及点结构 光法在测量速度上的明显短板，能够发现线结构光综合了测量精度与测量效率，能够满足工业和科研等领域对于稳定性、实时性和高精度的要求。综上所述，对线结构光法的 分析与研究在工业生产和科研领域将具有更高的实用价值。

线激光扫描测量方法作为线结构光法的一大重要分支，继承了线结构光法测量速度 快和精度高的优点，而且结构简单，所以近年来得到了很好的发展与普及。如今，线激光扫描测量法已被应用于工业生产、地质资源勘探、逆向工程、无人驾驶、工程验收、 灾害检测、医疗、城市数字化建设等诸多领域。对线激光扫描测量法的研究不仅能提升 生活质量，而且对工业生产和制造业的转型升级有着很大推动作用，对国防事业与公共 安全更是有着重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于线结构光旋转扫描的主动式三维重建系统及方法， 采用独特的旋转式运动扫描与采集方式，完成了对空间三维场景或待测目标的三维重建，可实时获取待测目标的三维信息。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于线结构光旋转扫描的主动式三维重建 系统，所述系统包括图像采集模块、转台运动模块、转台运动控制模块、图像处理模块、三维坐标计算模块、数据传输与读取模块以及显示模块；

所述图像采集模块置于转台运动模块之上，所述转台运动模块与转台运动控制模块 连接，且转台运动控制模块控制转台运动模块做旋转运动；所述图像采集模块、图像处理模块、数据传输与读取模块、三维坐标计算模块与显示模块依次连接；

所述图像采集模块，用于将线结构光投射至待测物的表面并采集待测物表面的光条 纹图像，之后将采集到的线结构光条纹图像传输至图像处理模块；

所述转台运动模块，用于支撑所述图像采集模块并带动图像采集模块进行旋转运动；