一种线阵结构光三维快速测量装置及其测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种线阵结构光三维快速测量装置及其测量方法，本发明专利技术通过运用线阵结构光和查询表的原理，简便快捷的完成物体表面三维轮廓测量。首先利用传统标定方法得到相机的内参数和畸变参数；再采集不同空间高度的线阵结构光图像，利用标定参数对图像进行畸变矫正；然后利用插值计算得到每条激光线图像坐标位置和高度的对应关系，生成相应的检索表并保存；查询表只需要生成一次，保持相机和光源相对位置不变，再测量其他物体时，只需要将待测物体放在基准平面，利用图像采集器得到线阵结构光在其表面的图像；利用图像处理得出激光线的图像坐标，直接查找之前的检索表就可以得到激光线的深度信息；进而快速还原出物体的三维轮廓。

Linear structure light three-dimensional fast measuring device and measuring method thereof

The invention discloses a linear structure light three-dimensional fast measuring device and a measuring method thereof. The invention adopts the principle of linear array structure light and inquiry table to conveniently and rapidly complete the three-dimensional profile measurement of the object surface. First, using the traditional calibration method of intrinsic parameters and distortion parameters of the camera; collecting different height of linear structured light image, using the calibration parameters of the distortion correction of images; then calculate the corresponding relation between each laser line and the height of the image coordinates using interpolation, generate the corresponding retrieval table and save the query table only; generation time, keep the relative position of the same camera and the light source, and then measuring other objects, only need to be tested objects on the reference plane, using linear structured light image acquisition has been in the surface of the image; the image coordinates using the image processing the laser line, depth information table can be directly laser line search before the search; and then quickly restore the 3-D profile.

【技术实现步骤摘要】
一种线阵结构光三维快速测量装置及其测量方法
本专利技术涉及三维检测、三维重构领域，特别是一种线阵结构光三维快速测量的方法。
技术介绍
三维测量技术是获取待测物体表面各点空间坐标的一种技术。三维模型很好的反映了物体的真实形貌，快速三维测量技术在许多诸如军事、文物、医学、教育、工业检测等领域都有着巨大的应用前景。三维测量技术由来已久，技术已经日趋成熟。常用的三维测量方法分别接触式和非接触式，接触式测量代表技术主要有CMM(三坐标测量机)、断层扫描和层析法等。其优点是精度相对较高，但对一些非接触式表面却无能为力，且只适合测量比较小型的物体及场景，对于大场景的三维测量，其测量速度较慢。非接触式测量有：1.双目立体视觉法：基于视差原理。通过在不同位置拍摄被测物体的两幅图像，并通过数字图像处理的方式计算图像像素点与物体对应点之间的位置，从而获得物体表面三维信息；2.飞行时间法：通过发射出一个激光脉冲信号，经过接收物体表面反射回来的脉冲信号，计算得出接收的时间差，便可以得到物理到测量仪器的距离；3.相位测量轮廓术：结构光法的一种，它的原理是通过投影多幅具有一定相位差的条纹光栅至物体表面，通过变形的光栅条纹图来计算相位，最后通过相位与高度的映射关系来得到物体的高度分布，进而实现物体的三维重建；4.激光线扫描：利用三角测量原理，投射出一条水平激光线，均匀移动待测物体，使激光线通过物体的表面，从而测量得到物体的表面三维轮廓。现有技术还未出现运用线阵结构光与查表法结合，简便快捷的完成物体表面三维轮廓测量的方法，本专利技术解决这样的问题。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种线阵结构光三维快速测量装置及其测量方法，本专利技术通过运用线阵结构光与查表法的原理，简便快捷的完成物体表面三维轮廓测量。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种线阵结构光三维快速测量装置，包括：放置待测物体的基准平面，图像采集器，对图像采集器进行标定的棋盘标定板，置于基准平面上的线阵结构光。前述的一种线阵结构光三维快速测量装置，线阵结构光通过线阵激光器产生。前述的一种线阵结构光三维快速测量装置，线阵结构光为通过投影仪做为光源生成的投影图像。前述的一种线阵结构光三维快速测量装置，线阵结构光为经过光栅生成的衍射图像。前述的一种线阵结构光三维快速测量装置，图像采集器为单目相机。前述的一种线阵结构光三维快速测量装置，图像采集器的中轴线与线阵激光发生器的光源线之间的角度范围为0到180度。前述的一种线阵结构光三维快速测量装置，相机的中轴线和光源线之间的角度为九十度。前述的一种线阵结构光三维快速测量方法，包括：如下步骤：步骤一：使用棋盘标定板对图像采集器进行标定，利用标定算法求出图像采集器得到图像采集器的内参数矩阵，径向畸变参数k1,k2,k3,切向畸变参数p1,p2和图像采集器相对于待测平面的外参数，即旋转向量和平移向量；步骤二：将图像采集器和阵列激光发生器利用机械固定装置分别固定；步骤三：将阵列激光线投射到基准平面，提高至少一次基准平面的高度，采集图像并记录相应高度值；步骤四：利用插值法拟合出每条激光线的位置随高度变化的关系，生成相应的检索表并保存；假设高度h1的平面光线上某点的坐标为(x1,y1),其对应的高度h2的坐标为(x2,y2),假设光线沿x轴方向，利用插值法可得像素坐标和高度的关系：根据该式，可以将y1,y2之间所有的点拟合出来，并生成相应的查询表保存起来。步骤五：将物体放在基准高度为0的平面，通过图像采集器采集其平面的线阵光，对采集到的图片进行图像处理，提取激光线的位置得到表面激光线坐标(x1,y1),根据关系表W，去查找(x1,y1)对应的高度h，进而还原出物体的三维轮廓；图像处理的方法具体为：a)打开待处理的图像，并校正图像的畸变；b)生成灰度图像，并进行平滑滤波、高斯去噪、开运算、闭运算等预处理；c)对灰度图像进行阈值化；d)查找激光线的位置，利用重心法确定激光线的中心坐标；关系表W的制作过程为：a)确定基准平面，其空间高度看作0，采集此平面的线阵图像，经过图像处理后得到激光线的坐标位置(x,y)；b)将该基准平面上升h高度，同样采集线阵图像并处理，利用插值法计算出在高度0到h的范围内，光线坐标与空间高度H的关系；c)将平面再上升h高度，同理得到h到2h的范围内，光线坐标与空间高度H的关系；d)依次类推，便可得到0到H的连续范围内，光线坐标随空间高度变化的关系表W(x,y,h)，将该表保存起来。本专利技术的有益之处在于：本专利技术提供一种线阵结构光三维快速测量装置及其测量方法，本专利技术通过运用线阵结构光和查询表的原理，简便快捷的完成物体表面三维轮廓测量。首先利用传统标定方法得到相机的内参数和畸变参数；再采集不同空间高度的线阵结构光图像，利用标定参数对图像进行畸变矫正；然后利用插值计算得到每条激光线图像坐标位置和高度的对应关系，生成相应的检索表并保存；查询表只需要生成一次，保持相机和光源相对位置不变，再测量其他物体时，只需要将待测物体放在基准平面，利用图像采集器得到线阵结构光在其表面的图像；利用图像处理得出激光线的图像坐标，直接查找之前的检索表就可以得到激光线的深度信息；进而快速还原出物体的三维轮廓。附图说明图1是本专利技术的一种实施例的结构示意图；图2是本专利技术制作关系表W的原理图；图中附图标记的含义：h为采集不同高度的平面时，每次上升的距离；，H为多次上升后平面的最终高度。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作具体的介绍。一种线阵结构光三维快速测量装置，包括：放置待测物体的基准平面，图像采集器，对图像采集器进行标定的棋盘标定板，置于基准平面上的线阵结构光。作为一种优选，图像采集器为单目相机，测量精度0.2mm时要求相机的像元大小最少5um,精度要求更高时，像元需要更小。作为一种实施例，线阵结构光通过线阵激光器产生；线阵结构光也可以为通过投影仪做为光源生成的投影图像；线阵结构光也可以为经过光栅生成的衍射图像。图像采集器的中轴线与线阵激光发生器的光源线之间的角度范围为0到180度；角度越小其深度测量范围越小，角度越大深度测量范围越大，就测量精度而言，角度越接近九十度，测量精度越高。作为一种优选，相机的中轴线和光源线之间的角度为九十度。一种线阵结构光三维快速测量方法，包括：如下步骤：步骤一：使用棋盘标定板对图像采集器进行标定，利用标定算法求出图像采集器得到图像采集器的内参数矩阵，径向畸变参数k1,k2,k3,切向畸变参数p1,p2和图像采集器相对于待测平面的外参数，即旋转向量和平移向量；步骤二：将图像采集器和阵列激光发生器利用机械固定装置分别固定；步骤三：将阵列激光线投射到基准平面，提高至少一次基准平面的高度，采集图像并记录相应高度值；步骤四：利用插值法拟合出每条激光线的位置随高度变化的关系，生成相应的检索表并保存；假设高度h1的平面光线上某点的坐标为(x1,y1),其对应的高度h2的坐标为(x2,y2),假设光线沿x轴方向，利用插值法可得像素坐标和高度的关系：根据该式，可以将y1,y2之间所有的点拟合出来，并生成相应的查询表保存起来。步骤五：将物体放在基准高度为0的平面，通过图像采集器采集其平面的线阵光，对采集到的图片进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种线阵结构光三维快速测量装置，其特征在于，包括：放置待测物体的基准平面，图像采集器，对图像采集器进行标定的棋盘标定板，置于上述基准平面上的线阵结构光。

【技术特征摘要】
1.一种线阵结构光三维快速测量装置，其特征在于，包括：放置待测物体的基准平面，图像采集器，对图像采集器进行标定的棋盘标定板，置于上述基准平面上的线阵结构光。2.根据权利要求1所述的一种线阵结构光三维快速测量装置，其特征在于，上述线阵结构光通过线阵激光器产生。3.根据权利要求1所述的一种线阵结构光三维快速测量装置，其特征在于，上述线阵结构光为通过投影仪做为光源生成的投影图像。4.根据权利要求1所述的一种线阵结构光三维快速测量装置，其特征在于，上述线阵结构光为经过光栅生成的衍射图像。5.根据权利要求1所述的一种线阵结构光三维快速测量装置，其特征在于，上述图像采集器为单目相机。6.根据权利要求1所述的一种线阵结构光三维快速测量装置，其特征在于，上述图像采集器的中轴线与线阵激光发生器的光源线之间的角度范围为0到180度。7.根据权利要求6所述的一种线阵结构光三维快速测量装置，其特征在于，相机的中轴线和光源线之间的角度为九十度。8.根据权利要求1所述的一种线阵结构光三维快速测量方法，其特征在于，包括：如下步骤：步骤一：使用棋盘标定板对图像采集器进行标定，利用标定算法求出图像采集器得到图像采集器的内参数矩阵，径向畸变参数k1,k2,k3,切向畸变参数p1,p2和图像采集器相对于待测平面的外参数，即旋转向量和平移向量；步骤二：将图像采集器和阵列激光发生器利用机械固定装置分别固定；步骤三：将阵列激光线投射到基准平面，...

【专利技术属性】
技术研发人员：林斌，杨晨，
申请(专利权)人：浙江四点灵机器人股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33