[发明专利]一种基于主动斑投射器的三维形貌动态测量方法

摘要

本发明公开了一种基于主动斑投射器的三维形貌动态测量方法，所述方法包括以下步骤：S100、制作主动斑投射器；S200、多测量头全局标定；S300、利用多测量头采集散斑投射器投射至运动物体表面的散斑图像；S400、运动物体表面的三维重建；S500、点云全局对齐。本发明所述的方法测量速度快，能够在2毫秒内完成图像数据的采集，实现一般运动物体的单次测量，还可以实现旋转物体在测量头位置的多次动态测量。本发明方法不需要对物体表面进行喷涂处理，且对环境光的抗干扰性强，测量不受外界光强的影响。

主权项

1.一种基于主动斑投射器的三维形貌动态测量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：S100、制作主动斑投射器；所述的主动斑投射器包括LED闪光灯，聚光镜，前菲涅尔透镜、散斑片，后菲涅尔透镜以及镜头；其中，所述LED闪光灯发出的光通过聚光镜的漫反射作用投射在前菲涅尔透镜上，通过前菲涅尔透镜形成平行于轴线的光束，所述平行于轴线的光束穿过散斑片再通过后菲涅尔透镜会聚于镜头的光心位置，最后光束投射到运动物体表面；S200、多测量头全局标定：通过在测量视场中布置标定板来标定每个测量头中相机的内外方位元素，接着确定测量头之间的坐标系转换矩阵；S300、利用多测量头采集步骤S100中制作的主动斑投射器投射在运动物体表面的散斑图案，每个测量头分别得到两幅散斑图像；S400、利用数字图像相关法对步骤S300中每个测量头得到的两幅散斑图像进行图像匹配，同时利用步骤S200中每个测量头中相机的内外方位元素对图像匹配后的散斑图像进行三维重建，每个测量头将得到一幅点云数据；S500、点云全局对齐：利用步骤S200中获得的测量头之间的坐标系转换矩阵将步骤S400中每个测量头获得的点云数据变换到同一个坐标系下，并进行多幅点云融合，最终得到完整的运动物体模型；其中，所述步骤S200中所述的测量头包括：主动斑投射器与双目黑白相机；所述步骤S200中所述的通过在测量视场中布置标定板来标定每个测量头中相机的内外方位元素具体包括：将标定板放置在测量头的测量距离内，改变标定板或测量头的姿态，保证标定板在测量头的视场内，利用双目黑白相机同时采集多张图像，求解测量头中双目黑白相机的内外参数；所述步骤S200中所述的确定测量头之间的坐标系转换矩阵具体包括以下步骤：S201、将所有测量头都安装在测量台上，保证运动物体在测量头的视场范围内；S202、按照测量头在测量台上的安装顺序，依次对相邻两个测量头进行坐标系转换矩阵的计算；S203、根据相邻两个测量头的坐标系转换矩阵计算任意两个测量头之间的坐标系转换矩阵；所述步骤S202具体包括以下步骤：S2021、在标定板上布置编码点，将标定板放置在运动物体位置处，且在属于测量台安装位置相邻两个测量头的公共视场内，保证所述两个测量头能测量到标定板上相同编码点的数目至少为4个且不共线；S2022、使用步骤S2021中所述的两个测量头同时采集图像，对所述图像进行三维重建，计算步骤S2021中所述相同的编码点在两个测量头所在坐标系下的坐标；S2023、基于步骤S2022，计算两个测量头之间的坐标系转换矩阵；S2024、移动标定板，按照步骤S2021‑2023中所述的方法，依次计算其余相邻两个测量头之间的坐标系转换矩阵；所述步骤S500中所述的点云融合具体包括以下步骤：S501、设定距离阈值K；S502、对于N幅点云，以第一幅点云为基准，在剩余N‑1幅点云中进行K近邻搜索，搜索到的点则视为相同空间点，删除所述相同空间点；S503、消隐第一幅点云，以第二幅保留点云为基准，在剩余N‑2幅保留点云中进行K近邻搜索，搜索到的点则视为相同空间点，删除所述相同空间点；S504、依次消隐第i幅点云，以第i+1幅保留点云为基准，在剩余N‑(i+1)幅保留点云中进行K近邻搜索，搜索到的点则视为相同空间点，删除所述相同空间点；S505、直到消隐第N‑2幅点云，以第N‑1幅保留点云为基准，在第N幅保留点云中进行K近邻搜索，搜索到的点则视为相同空间点，删除所述相同空间点，得到第N幅保留点云，所述第N‑1幅保留点云、第N幅保留点云与之前消隐的所有保留点云形成最终的融合结果。