一种基于十字结构光的物体表面三维重建系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及光学工程技术领域，具体是一种基于十字结构光的物体表面三维 重建系统。
【背景技术】
[0002] 线结构光三维检测技术主要用于测量物体几何参数或恢复物体深度信息，其具有 非接触、大量程、速度快、精度高、算法稳定、使用方便、结构简单等特点。随着科技的不断更 新发展，结构光检测技术现已逐步应用于工业自动检测、航天航空、人体工学、生物医疗及 食品检测中。目前在线结构光检测系统中，应用最为广泛的为一字结构光，例如加拿大学者 SamuelJ.Lochner将其应用于足部扫描制造出可供医用的模型，西班牙学者Samuelverdii 用其实现对面包发酵过程的监测等。但一字结构光存在当与扫描物体边缘平行时容易丢失 边缘信息，或当扫描界面狭窄时数据量较少需要多次扫描等缺陷，尚待改进。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型的目的是提出一种基于十字结构光实现物体表面三维重建系统，所述 三维重建系统通过十字结构光扫描物体得到物体的几何参数信息或对物体表面进行重建， 可以避免一字结构光边缘信息丢失的情况，具有较好的时效性。
[0004] 本实用新型采用的技术方案是：
[0005] -种基于十字结构光实现物体表面三维重建系统，包括机架、通过水平导轨安装 在机架上的移动平台、驱动移动平台的丝杆以及电机、固定在移动平台上方的十字激光投 射器以及摄像机，所述电机通过运动控制卡与计算机连接，摄像机通过图像采集卡与计算 机连接。
[0006] 本实用新型的有益效果：
[0007] 1、本实用新型提供的三维重建方法和系统只需要一个十字激光投射器、一个摄像 机和一个传送装置，就可以重建出物体的表面，或者通过重建信息得到被测对象的几何参 数，而且本实用新型的所有标定都基于自由移动的平面靶标，适合现场标定，操作方便；
[0008] 2、本实用新型采用十字结构光对物体进行扫描，信息量增加、精度提高、减少了需 重复扫描而增加的工作量，可满足一般的工业需求。
【附图说明】
[0009] 图1是本实用新型提供的三维重建系统的示意图。
[0010] 图2是本实用新型提供的三维重建系统的系统框架图。
[0011] 图3是本实用新型提供的三维重建方法的流程图。
[0012] 图4是本实用新型需标定的三个平面示意图。
[0013] 图5是本实用新型激光交线拟合为激光平面的示意图。
[0014] 图6是本实用新型的运动方向标定示意图。
[0015] 图中：1、被扫描物体（铝制圆柱），2、移动平台，3、十字激光投射器，4、摄像机，5、 计算机。
【具体实施方式】
[0016] 下面对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不局限于以下实施例。
[0017] 如图1、2所示，本实用新型提供的三维重建系统包括机架、通过水平导轨安装在 机架上的移动平台2、驱动移动平台的丝杆以及电机、固定在移动平台上方的十字激光投射 器3以及摄像机4,所述电机通过运动控制卡与计算机连接，摄像机通过图像采集卡与计算 机5连接。摄像机拍摄图像经图像采集卡传送至计算机，计算机通过运动控制卡控制电机 转动，由电机转速及摄像机拍摄图像的时间间隔共同计算得到每帧图像的相对移动距离。 软件由图像处理程序、运动控制程序、数据分析程序三部分组成。
[0018] 本实用新型将被扫描物体（铝制圆柱）1固定在移动平台2上，十字激光投射器3 和摄像机4固定在物体上方的钢架上，电机带动滚珠丝杠匀速旋转，驱使移动平台带动被 扫描物体1水平方向运动，十字激光平面连续扫过被测物体1，摄像机采集一系列图像传送 至计算机5,通过数字图像处理技术及坐标系变换实现对物体表面的重建。
[0019] 上述三维重建系统利用本实用新型提供的三维重建方法实现物体表面的重建，该 三维重建方法包括以下步骤：
[0020] (一）系统参数标定：
[0021] 1.线结构光参数标定；
[0022] 靶标自由移动，拍摄不同姿态下的靶标图，用以标定摄像机参数及拟合激光平面， 在每个姿态下拍摄有/无激光的靶标图两幅。无激光时的靶标图像，用以标定摄像机的内 参和外参，调整摄像机模式后拍摄的带激光靶标图像，用以标定激光平面参数。
[0023] 摄像机的参数可通过张正友提出的方法实现，其不但避免了传统标定方法要求 高、操作繁琐等缺点，而且精度高，鲁棒性更强。其得到的外参矩阵[R|t]假设为式1，内参 矩阵K假设为式2。fx、fy为焦距，（i^vj为理想图像坐标，R为旋转向量，t为平移向量。
【主权项】
1. 一种基于十字结构光的物体表面三维重建系统，其特征在于：包括机架、通过水平 导轨安装在机架上的移动平台（2)、驱动移动平台的丝杆以及电机、固定在移动平台上方的 十字激光投射器（3)以及摄像机（4)，所述电机通过运动控制卡与计算机连接，摄像机通过 图像采集卡与计算机（5)连接。
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于十字结构光的物体表面三维重建系统。目的是提供的三维重建系统通过十字结构光扫描物体得到物体的几何参数信息或对物体表面进行重建，可以避免一字结构光边缘信息丢失的情况，具有较好的时效性。技术方案是：一种基于十字结构光实现物体表面三维重建系统，包括机架、通过水平导轨安装在机架上的移动平台、驱动移动平台的丝杆以及电机、固定在移动平台上方的十字激光投射器以及摄像机，所述电机通过运动控制卡与计算机连接，摄像机通过图像采集卡与计算机连接。
【IPC分类】G06T7-00, G06T17-00, G01B11-24
【公开号】CN204439034
【申请号】CN201520098283
【发明人】吴珊珊, 贺磊盈, 武传宇
【申请人】浙江理工大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年2月11日