[发明专利]基于红外热像仪与深度相机的便携式三维温度场重建系统

摘要

本发明涉及一种基于红外热像仪与深度相机的便携式三维温度场重建系统，包括：主处理单元、温度信息采集单元以及三维点云信息采集单元；其中主处理单元利用所包含的GPU器件实现对数据的处理与软件的运行；温度信息采集模块实现对物体表面温度信息的采集；三维点云信息采集模块实现对物体表面三维空间信息的采集，物体表面温度信息和物体表面三维空间信息传输至主处理单元进行处理，将处理后的信息通过可视化上位机进行显示。本发明能够实时在线的对场景进行三维建模，能够将红外温度场信息与三维模型融合，重建效果相比单方面使用RGB‑D深度摄像机或者红外热像仪有了明显的提高。

主权项

1.一种基于红外热像仪与深度相机的便携式三维温度场重建系统，其特征在于包括：主处理单元、温度信息采集单元以及三维点云信息采集单元；其中主处理单元利用所包含的GPU器件实现对数据的处理与软件的运行；温度信息采集模块实现对物体表面温度信息的采集；三维点云信息采集模块实现对物体表面三维空间信息的采集，物体表面温度信息和物体表面三维空间信息传输至主处理单元进行处理，将处理后的信息通过可视化上位机进行显示；其中，主处理单元实现对数据的处理与软件的运行，对数据的处理包括以下步骤：信息采集单元参数标定：把信息采集单元采集到的初始数据进行预处理时空标定；位姿估计：将颜色信息与深度信息进行处理，得到传感器相对于目标物体的位置和方向即位姿；数据存储：将信息采集单元采集到的海量数据，通过TSDF体集成算法把图像的深度信息和位姿进行结合，得到目标物体表面在TSDF空间的距离信息；模型表面提取：将隐含表示物体表面的距离数据转换为能进一步处理的三维点云数据；表面重建：通过提取出的物体表面的三维点云数据，利用PCL点云库下的表面重建算法进行三维温度场模块重建，将目标物体表面的点云信息转换成可以用于可视化软件显示的致密的网格表面，最终输出目标物体表面的ply格式的网格模型，具体为：对于已得到的三维点云坐标，根据其对应体素的RGB值与红外温度值对其进行赋值即可以得到颜色点值，最后将所有的体素都进行遍历处理就可以得到物体表面的颜色点云数据，并最终将这些数据用于物体致密模型的表面重建过程；表面重建算法中曲面重建的过程随着物体表面点云的提取不断的增量时进行，利用贪婪投影三角化算法实现，先将有向点云投影到某一局部二维坐标平面内，再在坐标平面内进行平面内的三角化，再根据平面内三位点的拓扑连接关系获得一个三角网格曲面模型，从而得到各点之间的连接关系；基于Delaunay的空间区域增长，通过选取某个样本三角片作为初始曲面，不断扩张曲面边界，最后形成一张完整的三角网格曲面；最后根据投影点云的连接关系得到原始三维点间的拓扑关系，所得三角网格即为重建得到的曲面模型。