双目视觉扫描系统及扫描方法与流程

本发明属于三维扫描技术领域，尤其涉及一种双目视觉扫描系统及扫描方法。

背景技术：

计算机视觉技术的发展为非接触式三维测量技术在逆向工程、工业检测和质量控制等方面的应用提供了有力的技术支撑，同时，在这些领域的日益广泛的应用也促进了视觉三维测量技术的发展。

目前，传统的双目视觉扫描系统，主要是通过配置投影仪的方式在目标物上投影出条纹结构光。但是，投影仪的工作频率为60hz，一秒钟仅能完成三组条纹结构光的投影，无法快速地完成对目标物的图像采集，影响扫描的效率。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种双目视觉扫描系统及扫描方法，能够实快速的、高亮度的条纹结构光的投影，提高对目标物的图像采集的效率。

本发明实施例的第一方面，提供了一种双目视觉扫描系统，包括：

控制模块、光结构投影装置、图像采集装置；

所述光结构投影装置包括依次排列设置的照明装置、光学透镜、固定光栅和可移动光栅；

所述控制模块与所述照明装置、可移动光栅连接，控制所述照明装置的亮度和所述可移动光栅的移动，产生预设的条纹结构光；

所述控制模块还与所述图像采集装置连接，控制所述图像采集装置实时采集预设条纹结构光投影下的目标物的图像。

本发明实施例的第二方面，一种基于上述双目视觉扫描系统的扫描方法，包括：

所述控制模块发送亮度控制指令到所述照明装置控制所述照明装置的亮度；

所述控制模块发送驱动指令到所述驱动电机，所述驱动命令用于所述驱动电机驱动所述可移动光栅移动产生预设条纹结构光；

所述控制模块发送图像采集指令到所述图像采集装置，控制所述图像采集装置实时采集预设条纹结构光投影下的目标物的图像，所述图像采集指令与所述亮度控制指令、所述驱动指令是同步的。

本发明实施例与现有技术相比的有益效果是：本发明实施例提供的双目视觉扫描系统及扫描方法，由于所述光结构投影装置包括依次排列设置的照明装置、光学透镜、固定光栅和可移动光栅，控制模块与所述照明装置、可移动光栅连接，控制所述照明装置的亮度和所述可移动光栅的移动，产生预设的条纹结构光，本实施例产生预设的条纹结构光的亮度和速度高精度可调，满足快速的、高亮度的条纹结构光的投影，可提高对目标物的图像采集的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种双目视觉扫描系统结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的可移动光栅的结构示意图；

图3为本发明另一实施例提供的一种双目视觉扫描系统结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的一种基于双目视觉扫描系统的扫描方法的流程示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

参考图1，图1为本发明一实施例提供的一种双目视觉扫描系统结构示意图。本实施例中的双目视觉扫描系统可以应用但不限于逆向工程、工业检测和质量控制的目标物的三维扫描。本实施例提供的双目视觉扫描系统包括：

控制模块100、光结构投影装置200、图像采集装置300。

光结构投影装置200包括依次排列设置的照明装置201、光学透镜202、固定光栅203和可移动光栅204。更具体地，依次排列设置的照明装置201、光学透镜202、固定光栅203和可移动光栅204的中心在一条直线上。照明装置201发出的光经过光学透镜202变成平行光束，平行光经过固定光栅203和可可移动光栅204照射在目标物400上。该目标物400为需要进行三维扫描的目标物。

控制模块100与照明装置201、可移动光栅204连接，控制照明装置201的亮度和可移动光栅204的移动，产生预设的条纹结构光。控制模块100可以是个人电脑和\或现场可编程门阵列模块。控制模块100发送亮度控制指令控制照明装置201的亮度，同步地控制模块100发送驱动指令控制可移动光栅移动，照明装置201发出的光经过光学透镜202变成平行光束，平行光经过固定光栅203和可可移动光栅204照射在目标物上产生预设的条纹结构光。其中预设的条纹结构光为预设亮度和预设频率的条纹结构光。

控制模块100还与图像采集装置300连接，控制图像采集装置300实时采集预设条纹结构光投影下的目标物的图像。其中，图像采集装置300完成目标物的图像采集后，将采集到的图片信息发送控制模块进行处理得到目标物的三维图像。

从本实施例可知，由于所述光结构投影装置包括依次排列设置的照明装置、光学透镜、固定光栅和可移动光栅，控制模块与所述照明装置、可移动光栅连接，控制所述照明装置的亮度和所述可移动光栅的移动，产生预设的条纹结构光，本实施例产生预设的条纹结构光的亮度和速度可调，满足快速的、高亮度的条纹结构光的投影，可提高对目标物的图像采集的效率。

参考图2，在本发明的一个实施例中，可移动光栅204包括光栅本体2041、丝杆滑台2042和驱动电机2043。驱动电机2043与控制模块100连接。光栅本体2041设置在丝杆滑台上2042，驱动电机2043根据控制模块100的控制命令驱动光栅本体2041沿丝杆滑台2042滑动。其中通过本实施例产生的预设的条纹结构光的频率可达180hz(每秒180张条纹结构光)。

从本实施例可知，本实施例的光栅本体、丝杆滑台和驱动电机的结构简单、尺寸小、易集成，成本低，同时产生的预设的条纹结构光的频率较高。

参考图3，在本发明的一个实施例中，控制模块100包括个人电脑101和现场可编程门阵列模块102。个人电脑101与现场可编程门阵列模块102连接，现场可编程门阵列模块与照明装置、可移动光栅和图像采集装置连接。

现场可编程门阵列模块(field－programmablegatearray，fpga)具有卓越的并行处理能力，通过时钟管理，并行同步处理可以达到对图像采集装置的精准的图像采集控制。个人电脑(personalcomputer，pc)通过网口发送一条控制指令到fpga，fpga即可实现多种模式的同步图像采集，从而避免pc直接控制的指令延时问题的发生。

在本发明的一个实施例中，照明装置201为高亮度发光二极管。其中高亮度发光二极管相对于传统的投影仪，提高了产生的条纹结构光的亮度。

参考图3，在本发明的一个实施例中，图像采集装置300包括第一相机301和第二相机302，第一相机301和第二相机302分别与控制模块100连接。

其中，第一相机301和第二相机302在低速采集应用中可以使用普通的互补金属氧化物半导体(complementarymetaloxidesemiconductor，cmos)图像传感器，在快速采集应用中需要使用高速cmos图像传感器；例如根据客户对像素的不同需求可以选择30/130/200/500万像素cmos图像传感器。

从本实施例可知，通过匹配不同的图像传感器作为第一相机和第二相机，满足不同客户的实际需求。

需要说明的是：fpga中包括第三代双倍数据率同步动态随机存取存储器(double-data-ratetwosynchronousdynamicrandomaccessmemory，ddr3)用于存储第一相机和第二相机采集到的图像信息，由pc读取指令读取。

参考图4，图4为本发明一实施例提供的一种基于双目视觉扫描系统的扫描方法的流程示意图，其中双目视觉扫描系统为上述实施例描述的双目视觉扫描系统，该方法详述如下：

s401：控制模块发送亮度控制指令到照明装置控制照明装置的亮度。

s402：控制模块发送驱动指令到驱动电机，驱动命令用于驱动可移动光栅移动产生预设的条纹结构光。

s403：控制模块发送图像采集指令到图像采集装置，控制图像采集装置实时采集预设条纹结构光投影下的目标物的图像，图像采集指令与亮度控制指令、驱动指令是同步的。

在本实施例中，预设的条纹结构光包括预设亮度和预设频率的结构光。亮度控制指令包括亮度参数，亮度参数用于指示照明装置按照预设的亮度工作。驱动指令包括速度参数，速度参数用于指示驱动可移动光栅按照预设速度移动，产生预设频率的条纹结构光、

从本实施例可知，于所述光结构投影装置包括依次排列设置的照明装置、光学透镜、固定光栅和可移动光栅，控制模块与所述照明装置、可移动光栅连接，控制所述照明装置的亮度和所述可移动光栅的移动，产生预设的条纹结构光，本实施例产生预设的条纹结构光的亮度和速度可调，满足快速的、高亮度的条纹结构光的投影，可提高对目标物的图像采集的效率。

在本发明的一个实施例中，所述可移动光栅包括光栅本体、丝杆滑台和驱动电机，所述驱动电机与所述控制模块连接；

所述控制模块发送驱动指令到所述驱动电机，所述驱动命令用于所述驱动电机驱动所述可移动光栅移动，包括：

所述控制模块发送驱动指令到所述驱动电机，所述驱动命令用于所述驱动电机驱动所述可移动光栅沿所述丝杆滑台滑动。

在本发明的一个实施例中，所述图像采集装置包括第一相机和第二相机，所述第一相机和所述第二相机分别与所述控制模块连接；所述控制模块包括个人电脑和现场可编程门阵列模块；所述个人电脑与所述现场可编程门阵列模块连接，所述现场可编程门阵列模块与所述照明装置、可移动光栅和所述图像采集装置连接；

所述第一相机采集所述预设条纹结构光投影下的目标物的第一图像，并发送所述第一图像到所述可编程门阵列模块；

所述第二相机采集所述预设条纹结构光投影下的目标物的第二图像，并发送所述第一图像到所述可编程门阵列模块；

所述可编程门阵列模块将所述第一图像和所述第二图像通过匹配点的查找，完成对所述第一图像和所述第二图像的匹配；

所述可编程门阵列模块将匹配后的第一图像和所述第二图像发送到所述个人电脑进行三维图像的构建。

具体地，所述可编程门阵列模块将所述第一图像和所述第二图像通过匹配点的查找，完成对所述第一图像和所述第二图像的匹配，包括：

所述可编程门阵列模块将所述第一图像分割成预设数量的第一子图像，将所述第二图像分割成所述预设数量的第二子图像；

所述可编程门阵列模块将第一子图像与第二子图像一一对应，并查找对应后的第一子图像与第二子图像的匹配点，完成第一子图像与第二子图像的匹配。

从本实施例可知，通过可编程门阵列模块对第一图像和第二图像进行预处理，可以降低后期个人电脑处理数据的压力，缩短人电脑进行三维图像的构建周期。

在本发明的一个实施例中，所述图像采集装置实时采集预设条纹结构光投影下的目标物的图像之后，还包括：

所述可编程门阵列模块对所述图像信息进行中值滤波处理，并对滤波后的图像信息进行目标物的边缘和轮廓提取和二值化处理。

需要说明的是：本发明实施例提供的双目视觉扫描系统可以达到在不到0.1秒的时间内完成16幅条纹结构光的投影及图像采集。相比传统的投影仪方案提高了3倍。

在本发明的另一实施例中提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令被处理器执行时实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

所述计算机可读存储介质可以是前述任一实施例所述的终端的内部存储单元，例如终端的硬盘或内存。所述计算机可读存储介质也可以是所述终端的外部存储设备，例如所述终端上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard,smc)，安全数字(sd,securedigital)卡，闪存卡(flashcard)等。进一步地，所述计算机可读存储介质还可以既包括所述终端的内部存储单元也包括外部存储设备。所述计算机可读存储介质用于存储所述计算机程序及所述终端所需的其他程序和数据。所述计算机可读存储介质还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的终端和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。