一种基于平面反射镜的物体全方位三维测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于平面反射镜的物体全方位三维测量方法，首先是搭建摄像机和投影仪组成的条纹投影轮廓术系统，将贴附有标定纸条的左平面反射镜和右平面反射镜设置在被测物体后面，使用投影仪向被测物体投出相移条纹，并触发摄像机同步采图，将缠绕相位图解算为绝对相位图，由绝对相位得到被测物体的三维点云数据，并用标定纸条对平面反射镜进行标定，实现通过单次测量即可得到物体全方位的三维点云数据，最后利用ICP迭代算法对点云进行配准，使点云之间相同的部分尽可能地重合。本发明专利技术具有低成本，简单高效，高精度的优势。

An omnidirectional 3D measurement method based on plane mirror

【技术实现步骤摘要】
一种基于平面反射镜的物体全方位三维测量方法
本专利技术属于光学测量技术与计算机立体视觉领域，特别是一种基于平面反射镜的物体全方位三维测量方法。
技术介绍
随着现代信息技术的发展，三维成像技术被广泛应用于监控安防、数字文化保护、逆向工程、产品质量检测和虚拟现实等领域。作为三维成像技术中的一种，基于结构光投影和三角测量原理的条纹投影轮廓术具有非接触、精度高、速度快等优点，近些年来一直作为热门方向被研究。但是单纯的获取被测物体的一部分三维信息并不能很好地满足实际生产的需要，在实际生产中，通常要获取被测物体的全方位三维信息(文献“Automated360°profilometryof3-Ddiffuseobjects”，作者MauriceHalioua等)。由于光沿直线转播的性质，所以在由单个摄像机和投影仪组成的传统的条纹投影轮廓术系统中，只有同时被投影仪投出条纹图案照射到以及摄像机拍摄到的部分才能被重构为三维点云数据。其他部分由于被遮挡，无法被重构，从而实现不了物体全方位三维信息的测量。为了实现全方位三维信息的测量，通常利用到转台或者机械臂等本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于平面反射镜的物体全方位三维测量方法，其特征在于步骤如下：/n步骤一：搭建基于平面反射镜的条纹投影轮廓术系统，首先搭建摄像机和投影仪组成的条纹投影轮廓术系统，然后将贴附有标定纸条的左平面反射镜和右平面反射镜设置在被测物体后面，调节贴有标定纸条的平面反射镜的位置，通过平面反射镜的反射作用，摄像机同时观察到被测物体的三个视角的信息；/n步骤二：投影相移条纹并采图，使用投影仪向被测物体投出相移条纹，并触发摄像机同步采图；/n步骤三：求解相位并重构点云，对于步骤二中采集到的条纹图案，采用基于条纹投影的相移轮廓术解算出不同频率条纹下的缠绕相位图，随后利用时域相位解缠算法，将缠绕相位图解算为绝对...

【技术特征摘要】
1.一种基于平面反射镜的物体全方位三维测量方法，其特征在于步骤如下：
步骤一：搭建基于平面反射镜的条纹投影轮廓术系统，首先搭建摄像机和投影仪组成的条纹投影轮廓术系统，然后将贴附有标定纸条的左平面反射镜和右平面反射镜设置在被测物体后面，调节贴有标定纸条的平面反射镜的位置，通过平面反射镜的反射作用，摄像机同时观察到被测物体的三个视角的信息；
步骤二：投影相移条纹并采图，使用投影仪向被测物体投出相移条纹，并触发摄像机同步采图；
步骤三：求解相位并重构点云，对于步骤二中采集到的条纹图案，采用基于条纹投影的相移轮廓术解算出不同频率条纹下的缠绕相位图，随后利用时域相位解缠算法，将缠绕相位图解算为绝对相位图，利用投影仪和摄像机的标定参数，由绝对相位得到被测物体的三维点云数据；
步骤四：用标定纸条对平面反射镜进行标定，即利用步骤二和步骤三中的方法对平面反射镜上面的标定纸条的三维信息进行重构，得到标定纸条的三维空间姿态信息，并进行平面拟合，用以近似代替平面反射镜的空间姿态信息，计算拟合平面的单位法向量以及世界坐标系原点到拟合平面的距离，完成两块平面反射镜的标定工作；
步骤五：三维点云的转换，根据步骤四得到的平面反射镜的标定参数，计算得到左右平面镜反射镜中三维点云数据到真实世界坐标系的转换矩阵，从而将左右平面镜中的三维点云数据转化到物体实际所在的统一的世界坐标系下，以此方式实现通过单次测量即可得到物体全方位的三维点云数据；
步骤六：三维点云的配准，利用ICP迭代算法对点云进行配准，使点云之间相同的部分尽可能地重合。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤一中，一块标定纸条贴附在左平面反射镜的下部偏左部位，另一块标定纸条贴附在右平面反射镜的下部偏右部位，调节平面反射镜的位置，使两块平面反射镜的交线正对被测物体和投影仪，左平面反射镜、右平面反射镜的夹角在115°-125°之间，以摄像机观察到的三个像均匀分布在视场中，互不重合，且三个像不被标定纸条遮挡。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤二中，利用基于条纹投影的相移轮廓术，使用投影仪向被测物体投出一系列正弦条纹图案，经过物体漫反射后被摄像机同步采集，采集到的光强表示为：



其中N是相移步数，n是相移指数，且n＝0,1,...,N-1，In(xc,yc)是对应点的光强，A(xc,yc)为在(xc,yc)点处的背景光强，B(xc,yc)为在(xc,yc)点处的正弦条纹的调制度，为在(xc,yc)点处的待求被测物体的相位。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤三中，由摄像机同步采集到的经过被测物体表面调制后的条纹图案通过下式解出被测物体的缠绕相位：



缠绕相位与绝对相位之间的关系如下式所示：



其中Φh(xc,yc)是高频条纹在(xc,yc)点处的无歧义绝对相位，是高频条纹在(xc,yc)点处的缠绕相位，kh(xc,yc)是高频条纹在点(xc,yc)处的条纹级次；利用一个连续无歧义的相位Φl(xc,yc)作为辅助相位，然后根据辅助相位和缠绕相位之间的频率关系来找到各个像素点所对应的级次关系，具体如下式：



其中fh是高频条纹的频率，fl是无歧义低频条纹的频率，Φh(xc,yc)是高频条纹在(xc,yc)点处的绝对相位，是高频条纹在(xc,yc)点处的缠绕相位，Φl(xc,yc)是低频条纹在(xc,yc)点处的无歧义绝对相位，kh(xc,yc)是高频条纹在(xc,yc)点...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐豪，左超，尹维，陈钱，冯世杰，孙佳嵩，陶天阳，胡岩，钱佳铭，张良，杨辰，李佳超，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32