一种具有高分辨率纹理的中远距离三维成像系统的制作方法

本发明涉及三维成像技术领域，特别是涉及一种具有高分辨率纹理的中远距离三维成像系统。

背景技术：

随着经济和高端制造业快速发展，大型目标三维测量的需求日益增加。在航空航天领域，大型航空航天器的三维形貌测量对于制造质量监测十分重要，飞机的全机尺寸三维建模与测量为数字化样机设计提供原型机数据参考，也可作为飞机制造和飞行服役过程中质量监控的重要手段。在船舶工业领域，船体外形尺寸检测和变形检测都有着极高的坐标测量精度要求。

特别是，中大型水利大坝工程安全备受重视，混凝土大坝是水利工程的重要组成部分，坝体会由荷载作用、混凝土收缩、温湿度变化、地基不均匀沉降以及施工养护方法不当等多种原因导致裂缝。坝体产生的裂缝对建筑物的强度、耐久性及功能性产生较大的影响。随着时间推移，初期微小裂缝可能会对坝体结构产生重大的影响，甚至引起严重渗漏导致工程不能正常使用，并造成严重的安全隐患。因此，针对大场景目标的中远距离全局三维成像与局部高精度、高分辨率纹理检测，具有十分重要的意义。

然而现有三维成像系统，在中远距离情况下，只能获得三维点云信息和低分辨率纹理信息，不能形成具有高分辨率纹理信息的三维模型。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种具有高分辨率纹理的中远距离三维成像系统，采用自由三目视觉方案，左右两台相机利用双目立体视觉原理得到目标物体的三维点云数据，中间设置的大口径望远物镜和高分辨率ccd用于拍摄得到远距离的高分辨率纹理图像，从而可以通过纹理映射得到具有高分辨纹理的三维模型。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种具有高分辨率纹理的中远距离三维成像系统，包括：

两台长焦相机、一台大口径望远物镜、一块高分辨率ccd、两台长焦相机以及大口径望远物镜均安装在旋转平台上；两台所述长焦相机组成宽基线的双目立体视觉系统，以利用双目立体视觉原理得到目标物体的三维点云数据；所述高分辨率ccd耦合于大口径望远物镜后端组成用于中远距离拍摄目标物体的高分率纹理图像的高分辨率纹理图像采集装置，所述高分辨率纹理图像采集装置位于两台所述长焦相机中间。

其中，两台所述的长焦相机和高分辨率ccd分别连接到工控主机，将采集到的图像保存到工控主机上，由工控主机通过处理两台长焦相机所拍摄图像得到目标物体的三维点云，再将大口径望远物镜拍摄得到的高分辨率纹理图像映射到三维点云上，得到具有高分辨率表面纹理的被测物三维模型。

其中，两台所述的长焦相机和大口径望远物镜各自所连接的的旋转平台分别与电控系统相连，所述电控系统与工控主机连接，在所述工控主机的控制下进行上下左右运动进行目标物体的图像采集。

其中，两台所述长焦相机采用定焦800mm镜头的相机。

其中，所述大口径望远物镜的口径为406.4mm、焦距4064mm。

其中，所述的旋转平台位于支架上方。

本发明利用两台长焦相机基于双目原理快速获取三维点云，同时利用大口径望远物镜获得被测物体的高分辨率纹理，从而得到具有高分辨纹理的三维模型，克服了现有采用激光雷达和单纯双目方法获得物体三维模型的方法只有深度数据而缺少高分辨率纹理特征的不足，以用于水利大坝等大型建筑物的裂纹及表面风化等缺陷的监测、诊断之用。

附图说明

图1为本发明的具有高分辨率纹理的中远距离三维成像系统结构示意图。

图1中：1是第一长焦相机，2是第二长焦相机，3是大口径望远物镜、4是高分辨率ccd、5是第一长焦相机的支架、6是第二长焦相机的支架、7是大口径望远物镜的支架、8是第一长焦相机的旋转平台、9是第二长焦相机的旋转平台、10是大口径望远物镜的旋转平台、11是电控系统、12是工控主机。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提出的具有高分辨率纹理的中远距离三维成像系统，是左右两台相机利用双目立体视觉原理得到目标物体的三维点云数据，中间设置的大口径望远物镜和高分辨率ccd用于拍摄得到远距离的高分辨率纹理图像。

如图1所示，本发明具有高分辨率纹理的中远距离三维成像系统，包括：

第一长焦相机1和第二长焦相机2，大口径望远物镜3、高分辨率ccd4、长焦相机1的支架5、长焦相机2的支架6、大口径望远物镜3的支架7、长焦相机1的旋转平台8、长焦相机2的旋转平台9、大口径望远物镜3的旋转平台10、电控系统11、工控主机12。两台长焦相机组成宽基线的双目立体视觉系统；大口径望远物镜和高分辨率ccd位于两台长焦相机中间；旋转平台位于支架上方，两台长焦相机和望远物镜分别与各自的旋转平台相连接，旋转平台与电控系统相连，在工控主机的控制下进行上下左右运动。

第一长焦相机1和第二长焦相机2，大口径望远物镜3均可进行的自由的旋转俯仰运动，可以通过纹理映射得到具有高分辨纹理的三维模型。

其中，所述工控主机12控制电控系统11，带动第一长焦相机的旋转平台8、第二长焦相机的旋转平台9、大口径望远物镜的旋转平台10，完成第一长焦相机1和第二长焦相机2和大口径望远物镜3对被测物的拍摄。

拍摄时，对于在第一长焦相机1和第二长焦相机2同一水平线的成像区域，第一长焦相机1和第二长焦相机2水平旋转，保持光轴相交在测量区域中心。对于不在同一水平线的区域，保持光轴相交在测量区域中心，第一长焦相机1和第二长焦相机2既水平旋转，又垂直旋转。大口径望远物镜3从左到右，从上到下依次扫描拍摄被测物的高分率纹理图像。拍摄工作完成后，将第一长焦相机1和第二长焦相机2、高分辨率ccd4采集到的图像保存到工控主机12上。

工控主机12通过处理第一长焦相机1和第二长焦相机2所拍摄图像得到被测物三维点云，再将大口径望远物镜3拍摄得到的高分辨率纹理图像映射到三维点云上，就能得到具有高分辨率表面纹理的被测物三维模型。

本发明通过使用大口径望远物镜和高分辨率ccd，用于高分辨率纹理图像采集，使三维成像系统可以在中远距离的情况下获得高分辨率的被测物纹理信息，能够有效提升中远距离情况下三维测量的精度和大型建筑物表面缺陷的检测效果，克服了现有中远距离三维成像系统均不具备高分辨率纹理信息采集的功能，只能获得具有低分辨率纹理的三维模型的技术缺陷。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种具有高分辨率纹理的中远距离三维成像系统，其特征在于，包括两台长焦相机、一台大口径望远物镜、一块高分辨率ccd、两台长焦相机以及大口径望远物镜均安装在旋转平台上；两台所述长焦相机组成宽基线的双目立体视觉系统，以利用双目立体视觉原理得到目标物体的三维点云数据；所述高分辨率ccd耦合于大口径望远物镜后端组成用于中远距离拍摄目标物体的高分率纹理图像的高分辨率纹理图像采集装置，所述高分辨率纹理图像采集装置位于两台所述长焦相机中间。

2.根据权利要求1所述具有高分辨率纹理的中远距离三维成像系统，其特征在于，两台所述的长焦相机和高分辨率ccd分别连接到工控主机，将采集到的图像保存到工控主机上，由工控主机通过处理两台长焦相机所拍摄图像得到目标物体的三维点云，再将大口径望远物镜拍摄得到的高分辨率纹理图像映射到三维点云上，得到具有高分辨率表面纹理的被测物三维模型。

3.根据权利要求2所述具有高分辨率纹理的中远距离三维成像系统，其特征在于，两台所述的长焦相机和大口径望远物镜各自所连接的的旋转平台分别与电控系统相连，所述电控系统与工控主机连接，在所述工控主机的控制下进行上下左右运动进行目标物体的图像采集。

4.根据权利要求1所述具有高分辨率纹理的中远距离三维成像系统，其特征在于，两台所述长焦相机采用定焦800mm镜头的相机。

5.根据权利要求1所述具有高分辨率纹理的中远距离三维成像系统，其特征在于，所述大口径望远物镜的口径为406.4mm、焦距4064mm。

6.根据权利要求1所述具有高分辨率纹理的中远距离三维成像系统，其特征在于，所述的旋转平台位于支架上方。

技术总结
本发明公开一种具有高分辨率纹理的中远距离三维成像系统，包括两台长焦相机、一台大口径望远物镜、一块高分辨率CCD、两台长焦相机以及大口径望远物镜均安装在旋转平台上；两台所述长焦相机组成宽基线的双目立体视觉系统，以利用双目立体视觉原理得到目标物体的三维点云数据；所述高分辨率CCD耦合于大口径望远物镜后端组成用于中远距离拍摄目标物体的高分率纹理图像的高分辨率纹理图像采集装置，所述高分辨率纹理图像采集装置位于两台所述长焦相机中间。本发明克服了现有采用激光雷达和单纯双目方法获得物体三维模型的方法只有深度数据而缺少高分辨率纹理特征的不足。

技术研发人员：葛宝臻;陈雷;李云鹏;田庆国;吕且妮;金文;陈曦;王勇;王晋疆;计宏伟
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2019.12.16
技术公布日：2020.05.01