[发明专利]基于双目测量系统的三维重建方法

说明书

本发明公开了一种基于双目测量系统的三维重建方法，所述双目测量系统由一个带有双远心沙姆镜头的工业相机和带有透视镜头的工业投影仪组成，所述方法包括：步骤1：设计双远心沙姆镜头和透视镜头的成像模型；步骤2：标定得到内参外参；步骤3：投影纹理，相机捕捉条纹并进行解相；步骤4：计算出双远心沙姆‑透视极线方程；步骤5：进行二分搜索和线性搜索配对相位值坐标；步骤6：采用中点算法求出反向三角化后的三维坐标值。本发明通过使用沙姆双远心镜头相机和普通透视镜头投影的配置，以及提出的双远心沙姆‑透视极线方程模型和二分‑线性搜索匹配算法，有效提升了重建的景深范围，精度以及速度。

技术领域

本发明涉及三维测量技术领域，尤其涉及一种基于双目测量系统的三维重建方法。

背景技术

近年来，基于工业相机和DLP投影的结构光三维重建技术得到了蓬勃的发展。此技术越来越多的应用到诸如逆向工程，视觉导航，机器人分拣，三维质量检测等众多行业。面阵结构光和传统的三维重建方法比起来，能够静止地快速获取精确的稠密点云，弥补了线激光和基于自然特征的双目重建方法的种种不足。

面阵结构光从特性上来说，更适合做大场景大视野下的应用。在迁移到相对微观的场景，例如检测面积为10平方厘米以内的视野时，则会面临镜头畸变大，扫描景深短，细节不清楚等种种限制。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于双目测量系统的三维重建方法，以解决微观场景下的镜头畸变大，扫描景深短，细节不清楚等问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种基于双目测量系统的三维重建方法，所述双目测量系统由一个带有双远心沙姆镜头的工业相机和带有透视镜头的工业投影仪组成，所述方法包括：

步骤1：设计双远心沙姆镜头和透视镜头的成像模型；

步骤2：根据设计好的成像模型，进行标定，得到所述相机和投影仪的内参外参；

步骤3：投影仪投射出灰码+余弦条纹的纵向纹理，相机捕捉条纹并进行解相，求得相机每个像素对应的相位；

步骤4：依据双远心沙姆镜头和透视镜头的成像模型，计算出位于相机和投影仪两者的焦平面的双远心沙姆-透视极线方程；

步骤5：根据所述极线方程，在投影的焦平面进行二分搜索和线性搜索配对相位值坐标；

步骤6：采用中点算法求出对应两个配对的相位值坐标反向三角化后的三维坐标值。

进一步地，步骤1中，双远心沙姆镜头的成像模型如下：

设世界坐标系的一点，转换到相机坐标为：

；

为旋转矩阵，为平移矩阵；

非畸变条件下，图像平面物理坐标为：

；

畸变后的坐标为：

；

为放大倍率，为畸变系数；

代表标准非倾斜传感平面上的坐标，考虑到沙姆镜头的倾斜效应，需将标准非倾斜传感平面上的点映射到倾斜平面即真正的相机传感芯片平面上，此时有倾斜矩阵：

；

和分别为光轴相对于相机传感平面的旋转方向角和倾斜角；

经过倾斜映射后落在传感芯片平面上的坐标为：

；

最后的像素坐标为：

；

为像素物理尺寸，为图像中心像素坐标。