一种三维扫描系统及其扫描方法与流程

文档序号:12548203阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种三维扫描系统,用于获取被测物体的三维条纹点云数据,其包括:

光源,用于在所述被测物体先后交替投射多个散斑图案及条纹图案;

左、右相机,用于同步采集所述被测物体的左、右散斑图像及左、右条纹图像;

散斑数据及标志点数据重构模组,用于根据所述散斑图像得到散斑三维数据及标志点三维数据;

条纹匹配模块,用于根据所述散斑三维数据及标志点三维数据反投影到左、右条纹图像并指导左、右条纹图像条纹进行匹配;

三维重构模块,用于将左、右条纹图像匹配好的对应条纹,重建为三维条纹点云数据。

2.如权利要求1所述的三维扫描系统,其特征在于,所述条纹图案为自然光条纹图案。

3.如权利要求2所述的三维扫描系统,其特征在于,所述条纹图案中的条纹条数大于15。

4.如权利要求1所述的三维扫描系统,其特征在于,所述三维扫描系统为手持式三维扫描系统。

5.如权利要求1所述的三维扫描系统,其特征在于,进一步包括散斑拼接模块,用于利用前后两帧散斑数据公共区域的点云的进行ICP拼接,计算出两帧之间的旋转平移矩阵R、T。

6.如权利要求5所述的三维扫描系统,其特征在于,进一步包括数据融合模块,用于根据散斑拼接所得到的旋转平移矩阵R、T作用到三维条纹点云数据上进行融合,从而实现条纹图像的三维扫描。

7.一种三维扫描系统,用于获取被测物体的三维条纹点云数据,其包括:

一光源,用于在所述被测物体先后交替投射多个散斑图案及条纹图案;

左、右相机,用于同步采集所述被测物体的左、右散斑图像及左、右条纹图像;

一数据处理单元,用于根据所述散斑图像得到散斑三维数据及标志点三维数据,同时根据所述散斑三维数据及标志点三维数据反投影到左、右条纹图像并指导左、右条纹图像的条纹进行匹配,进而将左、右条纹图像匹配好的对应条纹,重建为三维条纹点云数据。

8.一种三维扫描方法,其包括如下步骤:

(1)设备构建:构建由两个相机和光源组成的三维数字成像传感器;

(2)系统标定:对左右相机进行标定,获得标定参数;

(3)投影与图像采集:先后交替生成散斑图案及条纹图案,并用光源向被测物体投射,所述散斑图案及条纹图案被被测物体的高度调制发生变形,产生调制后的散斑图案及条纹图案,左右相机同步采集调制后的散斑图案得到左、右散斑图像,左右相机同步采集调制后的条纹图案得到左、右条纹图像;

(4)散斑及标志点三维数据重构:根据采集到的左、右散斑图像,进行三维重构得到散斑三维数据PtS及标志点三维数据PtM;

(5)条纹匹配:将所述散斑三维数据PtS及标志点三维数据PtM反投影到左、右条纹图像并指导左、右条纹图像进行匹配;

(6)三维重构:将左、右条纹图像匹配好的对应条纹,利用左、右两个相机的极线几何约束关系,查找对应条纹中心线段中单个点对应关系,然后根据所述标定参数,将对应点重建为三维条纹点云数据。

9.一种如权利要求8所述的三维扫描方法,其特征在于,所述系统标定进一步包括如下步骤:对左右相机进行标定从而获取相机的内外参及相机之间的相对位置对应的旋转平移矩阵Mc。

10.一种如权利要求8所述的三维扫描方法,其特征在于,所述散斑及标志点三维数据重构进一步包括散斑三维数据重构步骤:

根据采集到的散斑图像,在所述左散斑图像上的某一个图像坐标点pi处,以pi为中心去5x5~11x11的矩形子图;

根据所述标定参数计算对应的右散斑图像极线,在对应的右散斑图像极线上所有坐标点(q1~qn)为中心取同样大小的矩阵子图,计算左散斑图像pi处子图与右散斑图像极线上所有子图之间的相关系数C1~Cn;

比较相关系数大小,定义相关系数最大的为Cmax,设定相关系数阈值T,如果Cmax大于T,则可以确定左相机的pi在右相机上唯一的对应匹配点为pr;

遍历左散斑图像上所有的像素坐标点根据上述方法寻找右散斑图像对应匹配点,根据所述标定参数,将对应点重构成三维数据PtS。

11.一种如权利要求10所述的三维扫描方法,其特征在于,所述散斑及标志点三维数据重构进一步包括标志点三维数据重构步骤:

根据采集到的散斑图像,提取左、右散斑图像上所有的标志点中心;

根据极线约束准则寻找左、右散斑图像上对应匹配的标志点中心对;

然后根据标定参数,将标志点对应点重建成标志点三维数据PtM。

12.一种如权利要求11所述的三维扫描方法,其特征在于,所述条纹匹配进一步包括标志点反投影偏差补偿步骤,包括:

对所述左、右条纹图像进行标志点中心提取,记录其标志点对PtMultiCoor;

根据极线约束准则寻找左右条纹图像上对应匹配的标志点中心对;

将散斑图上的标志点三维数据PtM依次根据左右相机各自的标定内参反投影到调制后的左、右条纹图像上,记录其二维坐标对PtMacthCoor,计算PtMacthCoor上每对反投影标志点图像坐标在条纹图像上提取的最近的标志点中心对的像素坐标偏差,依次计算左、右条纹图像上各自偏差的均值,记录左条纹图像像素偏差均值pixDivL及右条纹图像素偏差均值pixDivR。

13.一种如权利要求12所述的三维扫描方法,其特征在于,所述三维匹配进一步包括如下步骤:

重建完散斑三维数据PtS及对应的标志点三维数据PtM后,对左、右条纹图像进行中心线提取;

对每条中心线连通域的分割形成多条独立线段,然后将散斑三维数据PtS及对应的标志点三维数据PtM依次根据左右相机各自的标定参数反投影到左、右条纹图像上;

所述左、右条纹图像的反投影坐标依次加上左条纹图像素偏差均值pixDivL及右条纹图像素偏差均值pixDivR实现偏差补偿;

对偏差补偿后的反投影坐标对进行编号,每个对应点均有相应的序号,形成条纹左右图像坐标对应的查找表;

遍历左条纹图像上每个条纹线段每个点的所对应的序号,根据查找表可直接查找到右条纹图像相匹配的条纹线段,如此即可实现左、右条纹图像线段的准确匹配。

14.一种如权利要求8所述的三维扫描方法,其特征在于,所述三维重构进一步包括如下步骤:将左右图像匹配好的对应条纹中心线段,利用左右两个相机的极线几何约束关系,查找对应条纹中心线段中单个点对应关系,然后根据系统的标定参数,将对应点对重建为三维条纹点云数据。

15.一种如权利要求8所述的三维扫描方法,其特征在于,进一步包括散斑拼接步骤:利用前后两帧散斑数据的公共区域的点云进行icp拼接,计算出两帧之间的旋转平移矩阵R、T。

16.一种如权利要求15所述的三维扫描方法,其特征在于,进一步包括数据融合步骤:根据散斑拼接所求得的旋转平移矩阵R、T作用到三维条纹点云数据上进行融合,从而实现条纹图像的三维扫描。

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