基于多数字立体视觉头的物体完整表面三维恢复装置制造方法及图纸

本发明专利技术为基于多数字立体视觉头的物体完整表面三维恢复装置，属于物体完整三维表面恢复的立体视觉技术。该装置由分布在一个多面体支架上的多个数字立体视觉头、ＩＥＥＥ　１３９４高速串行总线和计算机组成；各个数字立体视觉头获取物体不同侧面的立体图像对，并通过ＩＥＥＥ　１３９４高速串行总线传入计算机，计算机对立体图像对进行处理得到物体各个侧面的三维网面表示；将物体各个侧面的三维网面变换到同一个坐标下进行拼接，得到物体完整表面的三维表示。本发明专利技术不仅可以高精度恢复静态物体完整三维表面，而且可以高精度恢复动态物体或变形物体完整三维表面；本发明专利技术没有运动部件，可靠性好，操作简单，成本低；本发明专利技术互连方式简单，方便扩充；本发明专利技术可用于三维测量、实物仿形、自动加工和产品质量控制等领域。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术为基于多数字立体视觉头的物体完整表面三维恢复装置，属于机器视觉
，特别涉及物体完整表面三维恢复的立体视觉技术。本专利技术的另一个目的是提出一种基于二个以上数字立体视觉头的物体完整表面三维恢复装置，该装置可以恢复动态物体或变形物体完整的三维表面。本专利技术的另一个目的是提出一种基于二个以上数字立体视觉头的物体完整表面三维恢复装置，该装置无运动部件，可靠性高，可维修性好。本专利技术的另一个目的是提出一种基于二个以上数字立体视觉头的物体完整表面三维恢复装置，该装置结构简单，操作方便，成本低。本专利技术的基本设计思想是采用多个数字立体视觉头，从不同视角获取物体各个侧面的立体图像对，并通过IEEE 1394高速串行总线传入计算机，计算机对立体图像对进行处理得到物体各个侧面的三维网面表示；将各个侧面的三维网面变换到同一个坐标系下进行拼接，得到物体完整表面的三维表示。(1)无运动部件或扫描部件。本专利技术采用一个多面体支架，如正多面体或其它类似多面体结构，各个数字立体视觉头位于多面体支架上；使用高强度黑色细丝或高强度细杆构成载物平台将物体置于多面体支架的中心位置。位于多面体支架上的各个数字立体视觉头能从各个视角对物体进行拍摄，包括物体的顶面和底面部分。因此无需扫描部件或运动部件即可恢复物体完整三维表面。本专利技术所用的数字立体视觉头是由二个以上摄像机构成，自身即为一套立体视觉装置，可以从上述各个角度恢复物体可视部分的三维表面。对各个角度物体可视部分的三维表面进行拼接就形成物体完整三维表面图像。(2)图像数据传输。由于摄像机分布在物体周围空间的各个角度，数字立体视觉头之间有一定的距离，采用并行总线来传输图像数据和命令，将使系统非常复杂而庞大。本专利技术采用IEEE 1394高速串行总线来传输图像，该总线能达到400MBPS的传输率。采用IEEE1394高速串行总线的拓扑结构将各个数字立体视觉头连接起来，采用IEEE 1394的异步数据包发送命令和读取系统状态，用IEEE 1394的等时数据包来传输图像。用一条IEEE 1394线缆将某个数字立体视觉头通过IEEE 1394总线控制器与计算机相连，各个数字立体视觉头就和计算机建立了联系，就可以通过计算机控制整个系统，通过IEEE1394总线将各个数字立体视觉头的图像数据送入计算机中。(3)图像信号同步。在本专利技术中，每个数字立体视觉头包括二个以上摄像机，各个摄像机之间的场同步信号和行同步信号并联在一起，保证了各个摄像机图像信号的同步。每个数字立体视觉头还提供一个同步信号接口，该接口可以接收其它立体视觉头的场同步信号和行同步信号，以便同步该数字立体视觉头上的各个摄像机。该数字立体视觉头也可以向其它数字立体视觉头提供同步信号。在所有数字立体视觉头中，有一个数字立体视觉头作为同步信号源，向其它数字立体视觉头发送同步信号，这样就保证了整个系统中各个数字立体视觉头之间图像信号的同步。(4)数字立体视觉头同步采集图像。为了确保各个数字立体视觉头在同一时刻获取物体的立体图像对，需要各个数字立体视觉头同步采集图像。本专利技术采用IEEE 1394总线广播数据包的传输特点来实现各个数字立体视觉头的同步图像采集。采集图像时，计算机向总线发送采集图像命令的广播数据包，该数据包同时到达各个数字立体视觉头，各个数字立体视觉头上的控制器在接收到图像采集命令后，等待第一个场同步信号。当各个数字立体视觉头接收到场同步信号后，开始采集图像，并将图像存储到帧存储器中。由于各个摄像机的图像信号是同步的，图像采集是在同一场同步信号控制下开始的，保证了图像采集的同步。本专利技术提出的基于多数字立体视觉头的物体完整表面恢复装置，其特征在于(1)每个数字立体视觉头上集成了二个以上摄像机(基于CCD技术的摄像机或基于CMOS技术的摄像机)、A/D转换器、帧存储器、IEEE 1394接口、光源驱动器、同步信号接口和控制器，由控制器对各个部分统一协调控制。(2)每个数字立体视觉头上的各个摄像机同步获取物体图像，各个数字立体视觉头之间图像采集是同步的。每个数字立体视觉头自身即为一个立体视觉系统，可以恢复物体上可视部分的三维表面。(3)多个数字立体视觉头之间以IEEE 1394串行总线的拓扑结构互连，具有很大的灵活性。互连方式简单，极易扩充。图像采集控制、光源控制、数据传输通过一条高速串行总线全部完成。(4)各个数字立体视觉头之间既可以同时采集图象，也可以分别采集图象；通过计算机可分别对各个数字立体视觉头进行控制。(5)各个数字立体视觉头分布在一个多面体支架上，使用高强度黑色细丝或高强度细杆构成载物平台将物体置于多面体支架的中心位置。系统没有运动部件，无需转动摄像机或者被恢复物体即可获得物体表面完整的三维信息。(6)物体完整表面三维恢复过程控制灵活。由各个数字立体视觉头所采集的图像可以直接由总线传输到计算机中，也可以经过一些预处理后，由总线传输到计算机中，由计算机经过处理程序运算后得到物体完整的三维图像。(7)系统具有节电模式。当需要采集图像数据时，通过控制命令启动各个数字立体视觉头开始采集图象，在不需要图象采集时，数字立体视觉头上的控制器在一个设定的时间间隔内，没有接受到任何控制命令，将使图象采集控制模块和光源部分进入节电模式，也可在计算机发出的控制命令下进入节电模式，节约能源消耗。本专利技术具有如下优点(1)可以恢复静态、动态和变形物体完整三维表面；(2)图像采集、传输、光源控制均通过计算机软件控制实现，系统无运动部件，被恢复物体不需要旋转或运动，可靠性好；(3)只需将被恢复物体固定于支架中心，其它操作通过计算机控制完成，物体完整三维表面恢复过程操作简单；(4)每个数字立体视觉头使用常规镜头摄像机，在特定光源照明下可以高精度恢复物体表面深度图，成本低，恢复精度高。在1.5米处，深度测量误差小于0.5毫米，可以满足各类物体表面测量和建模的要求；(5)多个数字立体视觉头通过IEEE 1394串行总线的拓扑结构互连，具有很大的灵活性，互连方式简单，极易扩充。可广泛用于实物仿形、物体建模、自动加工和产品质量控制等领域。图中主要结构为数字立体视觉头、多面体支架、IEEE 1394线缆、IEEE 1394总线控制器、计算机、A/D转换器、帧存储器、摄像机、IEEE 1394接口、电源接口、同步信号接口、光源接口、控制器、光源驱动器、物体。图3是数字立体视觉头的组成框图。每个数字立体视觉头由三个摄像机、A/D转换器、帧存储器、光源驱动器、IEEE1394接口、同步信号接口、控制器等组成。控制器是整个数字立体视觉头的核心，控制数字立体视觉头各个部分协调工作、接受和发送数据。控制器通过IEEE 1394接口接受计算机的指令，然后通过图像采集控制模块(包括A/D转换器和同步信号接口)完成对摄像机的参数设置和图像采集控制。控制器通过光源驱动器控制光源的启动和关闭，以配合摄像机的图像采集。控制器通过IEEE 1394接口将图像数据发送到计算机。摄像机在图像采集控制模块的控制下完成同步图像的采集。帧存储器的作用是暂存摄像机采集到的图像数据，.使系统能够稳定的工作。操作人员可以通过计算机上的控制程序实现对摄像机参数的设置和修改、光源的控制、系统状态的读取本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多数字立体视觉头的物体完整表面三维恢复装置，由摄像机［８］与计算机［５］组成，其特征是：该装置包括二个以上数字立体视觉头［１］、多面体支架［２］、ＩＥＥＥ１３９４线缆［３］、ＩＥＥＥ１３９４总线控制器［４］和计算机［５］；数字立体视觉头［１］是由二个以上摄像机［８］、光源驱动器［１４］、ＩＥＥＥ１３９４接口［９］和控制器［１３］构成，各数字立体视觉头［１］分布在一个多面体支架［２］上，并指向多面体支架［２］的中心位置；各数字立体视觉头［１］通过ＩＥＥＥ１３９４接口［９］和ＩＥＥＥ１３９４线缆［３］连接构成一个拓扑网络，并连接到ＩＥＥＥ１３９４总线控制器［４］上，经ＩＥＥＥ１３９４高速串行总线将数字立体视觉头［１］获取的立体图像对送入计算机［５］中，计算机［５］对这些立体图像对进行处理得到物体完整表面三维表示。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贾云得，王忠立，刘万春，朱玉文，裴民恩，刘佳音，安路平，李鸣翔，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]