基于滑动导轨的双目三维重构视觉系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及三维重构【技术领域】，具体地说是一种基于滑动导轨的双目三维重构视觉系统，包括直线导轨（3）、磁感应测距装置、三脚架（1）、滑动平台（5）和云台（4），直线导轨（3）固定在三脚架（1）上，直线导轨（3）上设置有磁感应测距装置和滑动平台（5），滑动平台（5）可滑动式连接在直线导轨（3）上，云台（4）固定在直线导轨（3）上的滑动平台（5）上，云台（4）的平面与滑动平台（5）的平面平行，相机固定在云台（4）上，相机的光轴方向垂直于直线导轨（3）方向，直线导轨（3）两端设置有支架平衡装置（2）；本实用新型同现有技术相比，能够同时具备双相机双目系统相对位姿已知以及单相机双目系统基线长度不限、运用灵活简便的优点，操作简便，易于制造。
【专利说明】基于滑动导轨的双目三维重构视觉系统
[【技术领域】]
[0001]本实用新型涉及三维重构【技术领域】，具体地说是一种基于滑动导轨的双目三维重构视觉系统。
[【背景技术】]
[0002]双目立体视觉(Binocular Vision)是一种模仿人类双眼立体视觉处理景物的方式进行物体可视表面三维重建的方法，其光学机械系统称为双目三维重构系统。双目系统使用两台相对位姿固定并已知的摄像机仿照人类双眼，对同一景物进行拍摄，通过两个摄像机所获取的两幅二维图像计算景物可视表面的深度信息。
[0003]典型的双目三维重构视觉系统原理如附图3所示，其中，01、02点分别代表左右摄像机的光心位置，也是摄像机坐标系的原点；01、02之间的连线称为双目系统的基线；11、12分别为左右摄像机的投影平面；pw为世界坐标系中的物点，p1、pr分别为pw在左右相机成像平面上的像点。左右相机的相对位姿参数包括平移向量t (tx, ty, tz)和旋转向量r(α，β，Y )，分别表示两个摄像机在世界坐标系中的相对位置和相对姿态。
[0004]双目三维重构的实现可以分为以下几个步骤:摄像机标定、图像获取、立体匹配和三维重建。首先利用摄像机标定确定两个相机的内参和相对位姿，以确定得到的两幅图像之间的空间位置关系；然后保持两个相机内参和相对位姿固定，对需要重构的景物进行拍摄，得到目标的立体像对；通过立体匹配可以计算同名点在两幅图像中的视差值，并进一步得到各个坐标点的深度值；最后根据两个相机内参、相对位姿以及各个点的深度信息实现景物表面的三维重建，得到物体表面的三维图像。因此，确定两个相机相对位姿参数是双目三维重构的基础。
[0005]目前已经有厂家推出了专业的双目相机，即将两个镜头合成在一个相机中，出厂前对相机内参和镜头的相对位姿进行标定后固定，在使用过程中不再改变，并且通过内置的参数直接得到拍摄物体表面的三维图像。由于该类相机一般基线较小，并且内参固定的要求限制了相机的变焦和对焦，因此只适合重构距离较近或者范围较小的物体表面，更多的应用于工业检测中。
[0006]单相机双目系统使用实现标定的单相机，于不同位置和角度对目标物体进行拍摄，弥补了双目系统重构远距离、大面积物体时基线距离不足的缺陷。由于两次拍摄的位置是任意选定的，事先无法确定左右两个位置上摄像机的相对位姿，因此在获得立体像对后需要通过检测和匹配特征点计算得到摄像机的相对位姿后，才能进行后续重构步骤。单相机双目系统的适用场合比较广泛，但是也具有一些难以克服的缺点:(1)重构精度受拍摄物体表面特征影响较大；(2)极线校正过程耗时较长，且精度受到相对位姿计算结果的影响较大；(3)采用单相机双目系统进行三维重构最终的三维重构结果是与实际物体相差一个比例系数的度量重构。
[0007]因此，若能够提供一种同时具备双相机双目系统相对位姿已知以及单相机双目系统基线长度不限、运用灵活简便的优点的三维重构视觉系统，将具有非常重要的意义。[实用新型内容]
[0008]本实用新型的目的就是要解决上述的不足而提供一种基于滑动导轨的双目三维重构视觉系统，能够同时具备双相机双目系统相对位姿已知以及单相机双目系统基线长度不限、运用灵活简便的优点，且操作简便，易于制造。
[0009]为实现上述目的设计一种基于滑动导轨的双目三维重构视觉系统，包括直线导轨
3、磁感应测距装置、三脚架1、滑动平台5和云台4，所述直线导轨3固定在三脚架I上，所述直线导轨3上设置有磁感应测距装置和滑动平台5，所述滑动平台5可滑动式连接在直线导轨3上，所述云台4固定在直线导轨3上的滑动平台5上，所述云台4的平面与滑动平台5的平面平行，所述相机固定在云台4上，所述相机的光轴方向垂直于直线导轨3方向，所述直线导轨3两端设置有支架平衡装置2。
[0010]所述直线导轨3长lm。
[0011]本实用新型同现有技术相比，结构新颖、简单，设计合理，能够对不同拍摄对象灵活调整基线长度，满足了大面积、远距离物体三维重构的拍摄需求；而且，在对目标物体进行拍摄时就可以直接获得相机在两个位置的相对位姿参数，简化了双目三维重构流程，提高了物体可视表面三维重构的精度和分析速度；此外，本实用新型所述的基于滑动导轨的双目三维重构视觉系统，操作简单，易于制造，运用灵活方便，值得推广应用。
[【专利附图】
【附图说明】]
[0012]图1是本实用新型的结构示意图；
[0013]图2是图1的安装和拍摄流程示意图；
[0014]图3是传统的双目三维重构视觉系统原理示意图；
[0015]图中:1、三脚架2、支架平衡装置3、直线导轨4、云台5、滑动平台。
[【具体实施方式】]
[0016]下面结合附图对本实用新型作以下进一步说明:
[0017]如附图1所示，本实用新型包括:直线导轨3、磁感应测距装置、三脚架1、支架平衡装置2、滑动平台5和云台4，通过将直线导轨固定在三脚架上，直线导轨上设置有磁感应测距装置和滑动平台，滑动平台可滑动式连接在直线导轨上，云台固定在直线导轨上的滑动平台上，这样把相机固定在云台上后，就可以使相机沿直线导轨进行滑动，当滑动平台在直线导轨上进行滑动时可以根据磁感应测距装置自动测量滑动的距离，并将滑动距离实时显示在显示屏中，测量结果精度可达0.1mm ;并且磁感应测距装置可以随时清零，这样可以随时方便的记录从直线导轨上的任一点滑动到另一点的距离，直线导轨两端设置有支架平衡装置，该支架平衡装置可以起到很好的平衡作用，以减小相机滑动到一侧时直线导轨的挠度。
[0018]如附图2所示，为采用本实用新型进行双目三维重构的安装和拍摄流程，其操作步骤具体为:首先应将三脚架放置平稳，用水准尺大致调平。将直线导轨固定到三脚架上，使其不会轻易旋转。然后再将云台固定到滑动平台上，应调整云台角度使云台平面与滑动平台平面平行。接着将相机固定在云台上，应使相机的光轴方向垂直于直线导轨方向。拍摄照片时，应先将相机滑动到直线导轨的左侧，将磁感应距离置为O (磁感应测距装置显示器上显示为O)后拍摄左图，再将相机滑至需要的位置后拍摄右图，并根据磁感应测距装置显示器上显示的数字，记录下滑动距离D。这样拍摄得到的左右图像只有X方向的位移。因此这两幅图像相当于用两个只有X方向平移、没有任何旋转的两个相机拍摄得到的，并且两个相机的相对位姿已知为(D，O，O)。将这两幅图像进行畸变校正后即为标准对极立体像对，可以直接进行立体像对的稠密匹配和三维重构。
[0019]本实用新型能够直接获得相对位姿克服了单相机双目系统在获得立体像对后需要通过检测和匹配特征点计算得到左右相机相对位姿这一繁琐步骤，使三维重构过程更加简便和高效。其中，直线导轨长lm，故相机可移动的范围很广，克服了传统的工业相机基线较小，只适合重构距离较近或者范围较小的物体表面。因此，可灵活的设置基线长度拓宽了本实用新型的应用领域，特别是满足大面积、远距离物体三维重构的拍摄需求。
[0020]本实用新型并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于滑动导轨的双目三维重构视觉系统，包括直线导轨(3)、磁感应测距装置、三脚架(I)、滑动平台(5)和云台(4)，其特征在于:所述直线导轨(3)固定在三脚架(I)上，所述直线导轨(3)上设置有磁感应测距装置和滑动平台(5)，所述滑动平台(5)可滑动式连接在直线导轨(3)上，所述云台(4)固定在直线导轨(3)上的滑动平台(5)上，所述云台(4)的平面与滑动平台(5)的平面平行，所述相机固定在云台(4)上，所述相机的光轴方向垂直于直线导轨(3 )方向，所述直线导轨(3 )两端设置有支架平衡装置(2 )。
2.如权利要求1所述的基于滑动导轨的双目三维重构视觉系统，其特征在于:所述直线导轨(3)长lm。
【文档编号】G01B11/24GK203616781SQ201320808850
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年12月10日 优先权日:2013年12月10日
【发明者】杨玲芝, 方恩权, 李晓军, 高建国, 黄光楚, 童彬彬, 陈建琴, 朱宝林, 李培楠 申请人:广州市地下铁道总公司, 同济大学