图像采集系统的标定；
[0056] S3:结合线激光旋转扫描采集影像；
[0057] S4:在计算机重构处理系统里对影像进行处理，重构出三维场景。
[0058] 对于步骤S1，根据测量场景大小选择合适的尺度包括如下步骤：
[0059] S1-1:调整支架两端的长度和两图像传感器间的夹角，使两图像传感器的光轴交 点到旋转中心的距离与所测场景的半径长度约等；
[0060] S1-2:调整可变焦FA镜头，设置合适的焦距；
[0061 ]作为优选，对于步骤S2，图像采集系统的标定包括如下步骤：
[0062] S2-1:变换标定板8的姿态，用图像采集系统拍摄标定板不同姿态下的图像各两 幅；
[0063] S2-2:对所拍摄的两幅图像进行标定点像素坐标提取，在计算机重构处理系统中 进行摄像头系统标定，分别得出两图像传感器在该旋转角度下的相机矩阵Ml-Ο与M2-0;
[0064] S2-3:通过对相机矩阵进行矩阵运算计算出图像采集系统每旋转1°对应的两个图 像传感器相机矩阵M1-1与Μ2-1，Μ1-2与M2-2,……，M1_359与M2-359,即标定完成，矩阵计算 过程如下：
[0065] 如图2所示，标定时以旋转角为0°设定世界坐标系各轴的方向，其中X轴平行水平 面向右，Y轴垂直水平面向下，Z轴平行水平面指向两摄像机成像平面的交线。
[0066]以相机矩阵Ml-Ο为例，使用标定板标定后得出的矩阵Ml-Ο是一个3X4的矩阵。当 图像采集系统旋转α°时(这里选定α = 1)，实际上等价于摄像机自身旋转α°后，再在X轴与Z 轴方向上分别平移了L1与L2的距离。
[0067] 其中LI = L · (1-cosa)，L2 = L · sina;
[0068] 根据几何变换的矩阵运算，可得旋转矩阵R与平移矩阵T:
[0069]
[0070] 即可求得旋转a角度下的新摄像机矩阵Μ1-α = (Μ1_0) · R · Τ。
[0071 ]对于步骤S3，结合线激光旋转扫描采集影像包括如下步骤：
[0072] S3-1:启动线结构光激光器，使线激光照射在场景表明；
[0073] S3-2:启动电控旋转台，每旋转1°进行一次图像对的采集；
[0074] S3-3:旋转一周后将所采集的图像对存储在计算机重构处理系统中；
[0075] 对于步骤S4,在计算机重构处理系统里对影像进行处理包括如下步骤：
[0076] S4-1:对影像中画面进行图像分割，提出出若干激光点的像素坐标；
[0077] S4-2:对激光点进行图像匹配；
[0078] S4_3:进彳丁二维重构运算，获得场景的二维彳目息。
[0079] 上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以 采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0080] 总之，本发明虽然例举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人 员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包 括在本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种多尺度双轴旋转激光影像三维重构系统，其特征在于:包括旋转控制平台、图像 采集系统、标定板、线结构激光器、计算机重构处理系统； 所述旋转控制平台包括电控旋转台（1)和安装在电控旋转台（1)上的伸缩旋转支架 (2)，伸缩旋转支架(2)为T型结构，伸缩旋转支架(2)的两个支臂(4、5)的端部装有可360度 旋转的旋转台； 所述图像采集系统包括两个图像传感器(6、7)，两个图像传感器(6、7)分别安装在两个 支臂(4、5)端部的旋转台上； 所述线结构激光器(3)安装在电控旋转台（1)的旋转中心处，所发出的线激光垂直于水 平面，线激光所在平面、两个图像传感器(6、7)所拍摄的图像平面相交于一条垂直于水平面 的直线。 所述计算机重构处理系统用于摄像头系统标定、影像匹配与三维重构运算。2. 根据权利要求1所述的多尺度双轴旋转激光影像三维重构系统，其特征在于:所述支 臂(4、5)的长度可调。3. 根据权利要求2所述的多尺度双轴旋转激光影像三维重构系统，其特征在于:所述两 个图像传感器(6、7)水平放置，互成一定夹角。4. 根据权利要求2所述的多尺度双轴旋转激光影像三维重构系统，其特征在于:所述两 个图像传感器(6、7)型号相同，每个传感器上装有型号相同的可变焦FA镜头。5. -种利用权利要求1至4中任一项所述重构系统实现的重构方法，其特征在于包括如 下步骤： 51、 根据测量场景大小选择合适的尺度； 52、 图像采集系统的标定； 53、 结合线激光旋转扫描采集图像； 54、 在计算机重构处理系统中对图像进行处理，重构出三维场景。6. 根据权利要求5所述的重构方法，其特征在于，在步骤S1中，根据测量场景大小选择 合适的尺度包括如下步骤： S1-1:调整支架两端的长度和两图像传感器间的夹角，使两图像传感器的光轴交点到 旋转中心的距离与所测场景的半径长度约等； 51- 2:调整可变焦FA镜头，设置合适的焦距。7. 根据权利要求5所述的重构方法，其特征在于，在步骤S2中，图像采集系统的标定包 括如下步骤： 52- 1:变换标定板的姿态，用图像采集系统拍摄标定板不同姿态下的图像各两幅； S2-2:对所拍摄的两幅图像进行标定点像素坐标提取，在计算机重构处理系统中进行 摄像头系统标定，分别得出两图像传感器在该旋转角度下的相机矩阵Ml-Ο与M2-0; S2-3:通过对相机矩阵进行矩阵运算计算出图像采集系统每旋转1°对应的两个图像传 感器相机矩阵M1-1与Μ2-1，Μ1-2与M2-2,……，M1_359与M2-359，即标定完成。8. 根据权利要求7所述的重构方法，其特征在于，在步骤S2-3中，矩阵计算过程如下： 标定时以旋转角为0°设定世界坐标系各轴的方向，其中X轴平行水平面向右，Y轴垂直 水平面向下，Z轴平行水平面指向两摄像机成像平面的交线； 以相机矩阵Ml-Ο为例，使用标定板标定后得出的矩阵Ml-Ο是一个3X4的矩阵，当图像 采集系统旋转α°时(这里选定α = 1)，实际上等价于摄像机自身旋转α°后，再在X轴与Z轴方 向上分别平移了 L1与L2的距离； 其中L1 = L · (l_cosa)，L2 = L · sina; 根据几何变换的矩阵运算，可得旋转矩阵R与平移矩阵T:即可求得旋转a角度下的新摄像机矩阵Μ1-α=(Μ1_0) · R · Τ。9. 根据权利要求5所述的重构方法，其特征在于，在步骤S3中，进行图像采集时线结构 激光器与两图像传感器以相同的角速度绕电控旋转台的旋转中心进行旋转，结合线激光旋 转扫描采集影像包括如下步骤： S3-1:启动线结构光激光器，使线激光照射在场景表面； S3-2:启动电控旋转台，每旋转1°进行一次图像对的采集； 53- 3:旋转一周后将所采集的图像对存储在计算机重构处理系统中。10. 根据权利要求5所述的重构方法，其特征在于，在步骤S4中，在计算机重构处理系统 里对影像进行处理包括如下步骤： 54- 1:对影像中画面进行图像分割，提出出若干激光点的像素坐标； S4-2:对激光点进行图像匹配； S4-3:进行三维重构运算，获得场景的三维信息。
【专利摘要】本发明公开了一种多尺度双轴旋转激光影像三维重构系统及其方法,重构系统包括旋转控制平台、图像采集系统、标定板、线结构激光器、计算机重构处理系统；旋转控制平台包括电控旋转台和安装在电控旋转台上的伸缩旋转支架，伸缩旋转支架为T型结构，两个支臂端部装有旋转台；图像采集系统包括两个图像传感器，图像传感器分别安装在两个支臂端部的旋转台上；线结构激光器安装在电控旋转台的旋转中心处，所发出的线激光垂直于水平面，线激光所在平面、两个图像传感器所拍摄的图像平面相交于一条垂直于水平面的直线。计算机重构处理系统用于摄像头系统标定、影像匹配与三维重构运算。本发明可以解决非角点难以重构的问题，又可以应用于多尺度范围测量。
【IPC分类】G01C11/00
【公开号】CN105466397
【申请号】CN201510980774
【发明人】颜润明, 雷亮, 王 琦, 刘子强, 钟嘉华, 赖锦祥, 周金运
【申请人】广东工业大学
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年12月22日