含有多个不同波长激光器的三维扫描方法及扫描仪与流程

文档序号:12116838阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种含有多个不同波长激光器的三维扫描方法,其特征在于:实现所述三维扫描方法的扫描仪包括位置固定的一个摄像头与至少两个激光投影器,所述的至少两个激光投影器对应至少两种不同波长,激光投影器所投射的光幕的空间位置与摄像头的位置关系均标定已知;所述三维扫描方法如下:

根据摄像头拍摄的投射到被扫描物体表面的激光轮廓线的2D图案识别获取高光中心二维线条,再根据三角法原理计算得出空间三维点云数据。

2.如权利要求1所述的含有多个不同波长激光器的三维扫描方法,其特征在于:利用一个额外的位置关系已知的摄像头与原先的摄像头组成双目立体相机来捕捉视野中的特征点来获得相对位置的变化信息,再利用摄像头捕捉前后帧时的位置变化信息将扫描仪连续帧获得三维轮廓线点云数据拼接在一个坐标系下,获得被扫描物体完整的表面三维轮廓点云数据,实现连续扫描。

3.如权利要求1所述的含有多个不同波长激光器的三维扫描方法,其特征在于:利用带位置信号的流水线或直线滑台、带角度信号的旋转平台上放置被扫描物体而直接得到扫描仪与被扫描物体相对位置的变化信息,再利用摄像头捕捉前后帧时的位置变化信息将扫描仪连续帧获得三维轮廓线点云数据拼接在一个坐标系下,获得被扫描物体完整的表面三维轮廓点云数据,实现连续扫描。

4.如权利要求1~3之一所述的含有多个不同波长激光器的三维扫描方法,其特征在于:所述三维扫描方法包括以下步骤:

1)事先标定摄像头分别在不同波长的相机内参和畸变系数;

2)事先分别标定至少两个激光投影器所投射的光面与摄像头之间的空间位置;

3)扫描前,根据现场的精度和扫描面幅的需求选择对应波段激光投影器进行扫描,根据设定选择对应波长下的摄像头标定内参及畸变系数并输出给2D图像激光轮廓线提取器和3D构造器;根据设定选择对应波长的激光器与摄像头的位置参数并输出给3D构造器;

4)扫描时,摄像头将捕捉的物体表面激光轮廓图像输入到2D图像激光轮廓线提取器中,2D图像激光轮廓线提取器根据所选择的当前波段的摄像头内参和畸变系数对所述二维图像进行畸变矫正,并根据像素灰度差异提取矫正图像中线条轮廓的连通区域,再根据所述连通区域内的灰度重心计算获得亚像素级的高光中心二维线条集合;得到的二维线条集合被输出到3D构造器中,根据所选择的当前波段的摄像头内参、畸变系数和选择的当前工作激光与摄像头的位置标定参数,通过三角法原理得到三维轮廓点云数据并输出。

5.如权利要求4所述的含有多个不同波长激光器的三维扫描方法,其特征在于:所述步骤1)中,摄像头的标定方法采用张正友标定法获得摄像头的焦距、中心偏移量以及径向畸变和切向畸变系数。

6.如权利要求4所述的含有多个不同波长激光器的三维扫描方法,其特征在于:所述步骤2)中,激光投影器所投射的光面与摄像头之间的空间位置的具体标定方法利用表面具有已知特征的平板作为标定板,摄像头拍摄投射到标定板上的线状激光获得一幅二维的激光线图像,再利用仿射变换原理将二维图像中的标定板“拉伸”为三维坐标中真实的尺寸,同时得到摄像头坐标系下的三维激光轮廓线;将扫描仪相对于标定板变换多个距离便得到多条摄像头坐标系下三维激光轮廓线,将这些三维轮廓线的点云拟合出的摄像头坐标系下的平面方程即为该激光器所投射的光面与摄像头之间的空间位置标定参数。

7.一种实现如权利要求1所述的含有多个不同波长激光器的三维扫描方法的扫描仪,其特征在于:所述扫描仪包括至少两个激光投影器、至少一个用于拍摄投射到被检测物体表面激光图案的摄像头和一个连接摄像头进行图像识别及三维重建的计算处理单元;所述的至少两个激光投影器对应至少两种不同波长,激光投影器所投射的光幕的空间位置与摄像头的位置关系均标定已知,所述摄像头的输出端与所述计算处理单元连接,所述的计算处理单元包括2D图像激光轮廓线提取器、3D构造器、用于选择标定摄像头在选定波长的内参和畸变系数的第一波段切换判断器和用于选择其中一个激光投影器所投影的光面与摄像头之间的空间位置的第二波段切换判断器、所述摄像头的输出端与所述2D图像激光轮廓线提取器连接,所述2D图像激光轮廓线提取器与所述3D构造器,所述第一波段切换判断器分别与所述2D图像激光轮廓线提取器、3D构造器连接,所述第二波段切换判断器分别与所述3D构造器连接。

8.如权利要求7所述的扫描仪,其特征在于:所述激光投影器和摄像头的触发端均与用于选择性触发所述相同波长的一只或者多只激光投影器与摄像头同步工作的同步触发单元连接。

9.如权利要求7或8所述的扫描仪,其特征在于:所述摄像头上安装多带通滤光片,所述的滤光片的带通波段与所述的至少两个激光投影器的至少两种波长对应。

10.如权利要求7或8所述的扫描仪,其特征在于:至少两个不同波长的激光投影器包括蓝色波段的激光投影器和红色波段的激光投影器。

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