一种形成多次反射成像的结构光三维重建装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种形成多次反射成像的结构光三维重建装置及方法。该装置包括：激光器、双镜系统和相机，所述激光器照射目标物，所述目标物发出的光经所述双镜系统反射进入所述相机，所述相机的数量为1个。采用本发明专利技术的装置或方法能够提高多目的图像匹配精度和降低结构光三维重建装置的成本。

A three-dimensional reconstruction device and method of structured light for multiple reflection imaging

The invention discloses a structure light three-dimensional reconstruction device and method for forming multiple reflection imaging. The device comprises a laser, a double mirror system and a camera, wherein the laser irradiates the target, the light emitted by the target is reflected into the camera through the double mirror system, and the number of the cameras is one. The device or method of the invention can improve the matching accuracy of the multi-purpose image and reduce the cost of the structure light 3D reconstruction device.

【技术实现步骤摘要】
一种形成多次反射成像的结构光三维重建装置及方法
本专利技术涉及结构光三维重建领域，特别是涉及一种形成多次反射成像的结构光三维重建装置及方法。
技术介绍
基于结构光和多目的三维重建是机器视觉中的一个非常重要的领域。在多目情况下，要寻找多目图像中的对应点，必须提取图像特征点和特征线，再进行特征匹配。但是，对于光滑金属等物体而言，其表面反光有明显的方向性，这使得不同角度获得的结构光的图像会有明显的明暗差异。这个结果，将影响多目的图像的匹配情况。另外，过多的摄像机来形成多目，也大大增加了系统成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种形成多次反射成像的结构光三维重建装置及方法，能够提高多目的图像匹配精度和降低结构光三维重建装置的成本。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种形成多次反射成像的结构光三维重建装置，包括：激光器、双镜系统和相机，所述激光器照射目标物，所述目标物发出的光经所述双镜系统反射进入所述相机，所述相机的数量为1个。可选的，所述双镜系统采用双平面反射镜，所述双镜系统至少包括一个不是全反镜的镜面，两个镜面之间设有预设间距。可选的，还包括：半反半透镜，所述半反半透镜设置在所述双镜系统和所述目标物之间，并且所述半反半透镜需偏离所述激光器与所述目标物之间的光路设置。一种形成多次反射成像的结构光三维重建方法，包括：通过激光器照射目标物，形成结构光照射；通过双镜系统对所述结构光照射的光进行多次反射；使所述反射后的光路进入相机，得到结构光照射后的目标物的多次反射图像；将所述反射图像根据约束条件和极几何条件多次进行匹配，得到多个匹配点；将各所述匹配点进行连续化，完成结构光照射的目标物的三维重建。可选的，在所述通过激光器照射目标物，形成结构光照射之后，通过双镜系统对所述结构光照射的光进行多次反射之前，还包括：通过半反半透镜转折所述结构光照射的光。可选的，所述通过激光器照射目标物，形成结构光照射，具体包括：用一线激光器或带设定形式结构光的激光器照射目标物，形成结构光照射。可选的，所述将各所述匹配点进行连续化，完成结构光照射的目标物的三维重建，具体包括：将各所述匹配点采用平面差值法或拟合法进行连续化，完成结构光照射的目标物的三维重建。可选的，所述约束条件为所述双镜系统中两个镜面的夹角以及两个所述镜面之间的距离，所述极几何条件为所述双镜系统到所述相机之间的几何关系。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供一种形成多次反射成像的结构光三维重建装置，通过双镜系统实现了一个相机一次即可采集多目图像，不仅降低了结构光三维重建装置的成本，而且能够对结构光有强反射情况的物体实现高精度三维复原。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一些实施例，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为本专利技术形成多次反射成像的结构光三维重建装置组成示意图；图2为本专利技术形成多次反射成像的结构光三维重建方法流程图；图3为本专利技术双面镜系统产生多反射像时，光线的分布情况示意；图4为本专利技术多反射像在相机摄取的照片上呈现的结果图；图5为本专利技术双面镜系统中，各反射像之间的几何关系的分析示意图；图6为本专利技术关于多反射像和多目摄影之间的等效关系的分析示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种形成多次反射成像的结构光三维重建装置及方法，能够提高多目的图像匹配精度和降低结构光三维重建装置的成本。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术的目的，是为了克服如下问题：多目情况下，由于光滑物体或金属质材的反射光线在不同方向有巨大差异，相机从不同角度获得的结构光的同一物点的图像，明暗明显不同，而且相邻物点的光的相对光强变化也有极大可能剧烈变动，相邻物点的相对明暗关系也剧烈变化，从而使不同相机上获得的结构光相应点的匹配出现较大误差，甚而至于匹配本身就不可行。另外，本专利技术也要减少多相机的使用，降低成本，减少装调困难。本专利技术的工作原理：来自目标物的光线只通过一个统一的进口发出来，而在后面的过程中，光线会被双镜系统所偏转而最终进入相机，所以，这样获得的多次反射图像的光线，主要来自统一的进口对目标物光线角度的限制，这就大大减少了不同角度光线强弱不一致对成像的影响。另外，双镜系统也提供了多次反射像，这些像之间有固定的几何约束关系，这些约束关系将会提高最终三维成像的复原精度。基于本专利技术的工作原理，本专利技术的目的通过下述技术方案实现：激光器发出的光照射至目标物，而目标物的光线通过一个光线偏折的系统统一进入处理系统，然后光线被送入双镜系统，多次形成反射像，这些像最终进入相机，并通过后续对这些像的运算，对相应点在系统提供的约束条件下进行匹配，最终解算出目标物上结构光对应处的三维坐标。图1为本专利技术形成多次反射成像的结构光三维重建装置组成示意图。如图1所示，一种形成多次反射成像的结构光三维重建装置，包括：激光器1、半反半透镜2、双镜系统3和相机4，激光器1照射目标物5，目标物5发出的光经半反半透镜2发生转折，转折后的光路经双镜系统3反射进入相机4，相机4的数量为1个。双镜系统3采用双平面反射镜，双镜系统3至少包括一个不是全反镜的镜面，两个镜面之间设有预设间距。双镜系统3设置在激光器1和目标物5之间，并且需偏离激光器1与目标物5之间的光路设置。半反半透镜2设置在双镜系统3和目标物5之间，并且半反半透镜偏离激光器1与目标物5之间的光路设置。半反半透镜的设置是为了以免后来的反射光以较强的能量反射并照射到目标物体，破坏原有的结构光形态，以及形成统一的入射光口径。上述半反半透镜2还可以采用筛选镜片代替。图2为本专利技术形成多次反射成像的结构光三维重建方法流程图。如图2所示，一种形成多次反射成像的结构光三维重建方法，包括：步骤101：通过激光器照射目标物，形成结构光照射，具体包括：用一线激光器或带设定形式结构光的激光器照射目标物，形成结构光照射。步骤102：通过双镜系统对结构光照射的光进行多次反射。步骤103：使反射后的光路进入相机，得到结构光照射后的目标物的多次反射图像。步骤104：将反射图像根据约束条件和极几何条件多次进行匹配，得到多个匹配点；所述约束条件为所述双镜系统中两个镜面的夹角以及两个所述镜面之间的距离，所述极几何条件为所述双镜系统到所述相机之间的几何关系。步骤105：将各匹配点进行连续化，完成结构光照射的目标物的三维重建，具体包括：将各所述匹配点采用平面差值法或拟合法进行连续化，完成结构光照射的目标物的三维重建。在步骤101和步骤102之间，还包括：通过半反半透镜转折所述结构光照射的光。实施例：一种形成多次反射成像的结构光三维重建方法在实际操作过程中，按照下列步骤进行：步骤A：用一线激光器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形成多次反射成像的结构光三维重建装置，其特征在于，包括：激光器、双镜系统和相机，所述激光器照射目标物，所述目标物发出的光经所述双镜系统反射进入所述相机，所述相机的数量为1个。

【技术特征摘要】
1.一种形成多次反射成像的结构光三维重建装置，其特征在于，包括：激光器、双镜系统和相机，所述激光器照射目标物，所述目标物发出的光经所述双镜系统反射进入所述相机，所述相机的数量为1个。2.根据权利要求1所述的形成多次反射成像的结构光三维重建装置，其特征在于，所述双镜系统采用双平面反射镜，所述双镜系统至少包括一个不是全反镜的镜面，两个镜面之间设有预设间距。3.根据权利要求1所述的形成多次反射成像的结构光三维重建装置，其特征在于，还包括：半反半透镜，所述半反半透镜设置在所述双镜系统和所述目标物之间，并且所述半反半透镜需偏离所述激光器与所述目标物之间的光路设置。4.一种基于权利要求1-3任意一项所述的形成多次反射成像的结构光三维重建装置的方法，其特征在于，包括：通过激光器照射目标物，形成结构光照射；通过双镜系统对所述结构光照射的光进行多次反射；使所述反射后的光路进入相机，得到结构光照射后的目标物的多次反射图像；将所述反射图像根据约束条件和极几何条件多次进行匹配，得到多个匹配点；将各所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晓，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44