一种面向视觉结构光的三维重建方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了一种面向视觉结构光的三维重建方法及系统，属于三维重建的技术领域。其中方法具体包括以下步骤：步骤1、读取信息采集设备的标定参数；步骤2、基于结构光的构建，通过信息采集设备获取目标图像数据并进行信息采集设备的参数标定；步骤3、对图像数据进行图像校正；步骤4、根据图像数据进行立体匹配获取三维立体数据位置；步骤5、基于匹配点实现三维重建。本发明专利技术通过将目标对象信息转换为数字信号，计算机读取数字信号并进行三维图像处理，实现三维图像重建。同时在图像分析过程中采用背景差分和相位滤波的方法克服实际应用过程中模型边缘会出现的毛刺问题。中模型边缘会出现的毛刺问题。中模型边缘会出现的毛刺问题。

【技术实现步骤摘要】
一种面向视觉结构光的三维重建方法及系统


[0001]本专利技术涉及三维重建的
，特别涉及一种面向视觉结构光的三维重建方法及系统。

技术介绍

[0002]结构光是一组由投影仪和摄像头组成的系统结构，通过投影仪投射特定的光信息到物体表面及背景后，采用摄像头采集，并根据物体造成的光信号变化计算物体的位置和深度信息，从而实现三维空间的复原。
[0003]现有技术中，随着及其视觉技术的发展，双目立体视视觉技术受到了行业内的广泛关注。在实际工业作业的过程中，由于工业产品的表面缺陷检测常采用二维检测的方式，通过平行光源打光的方式，根据产品缺陷及纹理的反光度不同进行检测。此种方式只能针对缺陷明显的产品，受限程度大，无法实现对复杂产品的高精度检测需求。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：提出一种面向视觉结构光的三维重建方法及系统，以解决现有技术存在的上述问题。通过将目标对象信息转换为数字信号，计算机读取数字信号并进行三维图像处理，实现三维图像重建。同时在图像分析过程中采用背景差分和相位滤波的方法克服实际应用过程中模型边缘会出现的毛刺问题。
[0005]技术方案：第一方面，提出了一种面向视觉结构光的三维重建方法，该方法具体包括以下步骤：
[0006]步骤1、读取信息采集设备的标定参数；
[0007]步骤2、基于结构光的构建，通过信息采集设备获取目标图像数据并进行信息采集设备的参数标定；
[0008]步骤3、对图像数据进行图像校正；
[0009]步骤4、根据图像数据进行立体匹配获取三维立体数据位置；
[0010]步骤5、基于匹配点实现三维重建。
[0011]在第一方面的一些可实现方式中，结构光为一组编码光，用于投射到待测目标物表面，产生高度起伏并发生形变，进一步通过变形的光栅获取物体表面的特征信息。
[0012]在第一方面的一些可实现方式中，在匹配获取三维立体数据位置的过程中，采用多频外差相位展开的方式，将像素绝对化，从而使得每一个像素都能具有自己唯一的位置，将相位信息转化成高度信息，实现精准的双目相位匹配。
[0013]其中，多频外差相位展开的具体过程为将两种不同频率的相位函数叠加到一种频率更低的相位函数，通过包裹相位之差合成全局相位。
[0014]进一步的，两个相移编码周期，即编码条纹宽度分别为T1和T2，T
12
为相位差周期，根据频拍信号频率表达式：
[0015][0016]当T
12
足够大时，便会覆盖整个信息采集设备的视野，此时双频外差的处理结果将由小周期扩展到一个大周期内，当频率差为1时，可以达到全场范围内只有一个周期的目的，实现展开仅与频率相位有关，不受颜色影响。
[0017]在第一方面的一些可实现方式中，实现多频外差计算的具体步骤如下：
[0018]步骤
①
、获取出图像数据的相位主值；
[0019]步骤
②
、叠加不同频率的相位主值，得到整幅图像只有一个周期的相位值1；
[0020]步骤
③
、最后周期相位反计算相位主值的连续相位。
[0021]在第一方面的一些可实现方式中，基于结构光获取目标图像数据的过程中，为了提高匹配效率，缩减工作量，进一步通过黑白背景差分对图像数据中的背景进行消除；进一步的，针对初步背景差分后，获取到的背景存在噪点，采用区域生长方法提高对相位边界的定位准确性，进而减少错误的相位数量；
[0022]其中，区域生长方法实现的过程，具体包括以下步骤：
[0023]步骤a、确定种子点；所述种子点作为区域生长的起始点，是背景差分后的任意一个有效点；
[0024]步骤b、预设区域生长的规则；
[0025]步骤c、预设区域生长停止的条件。
[0026]在第一方面的一些可实现方式中，基于双目形式，通过建立三维空间中点的坐标到二维图像平面上的点坐标转换关系，实现两个相面的整合，在双目校正到共面的情况下，实现最终的位置确定。
[0027]进一步的，所述双目校正的过程是刚体变换过程，即只改变图像的位置不改变图像的尺度；进行刚体变换，需要用到旋转矩阵R和平移矩阵T；使用平移矩阵T将左相机坐标系平移至右相机的坐标系至远点重合，R
r
(R
l
)表示世界坐标先进行右旋转，即乘以R
r
，再进行左旋转，即乘以R
l
，结果R即为相机外部参数的旋转矩阵，对应表达式为：
[0028]R＝R
r
(R
l
)T
[0029]使用上一步得到的旋转矩阵R将左相机坐标系旋转后，即RT
l
，再与右相机的平移矩阵T
r
相减，所得的结果T就是相机外部参数的平移矩阵，对应表达式为：
[0030]T＝T
r
‑
RT
l
[0031]经过双目校正，左右图像达到共面行对准，即左相机中的某一点在右相机中处于同一行，此时该点在左右图像中的成像点的距离则在基准线上。
[0032]第二方面，提出一种面向视觉结构光的三维重建系统，该系统具体包括以下模块：
[0033]用于获取信息采集设备标定参数的参数读取模块；
[0034]用于对信息采集设备进行参数标定的参数标定模块；
[0035]用于对图像数据进行图像校正的数据矫正模块；
[0036]用于实现三维立体数据位置的三维位置获取模块；
[0037]用于完成三维重建的重建执行模块。
[0038]第三方面，提出一种面向视觉结构光的三维重建设备，该设备包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；
[0039]所述处理器读取并执行所述计算机程序指令，以实现三维重建方法。
[0040]第四方面，提出一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，其中计算机程序指令被处理器执行时以实现三维重建方法。
[0041]有益效果：本专利技术提出了一种面向视觉结构光的三维重建方法及系统，通过将目标对象信息转换为数字信号，计算机读取数字信号并进行三维图像处理，实现三维图像重建。同时在图像分析过程中采用背景差分和相位滤波的方法克服实际应用过程中模型边缘会出现的毛刺问题。
附图说明
[0042]图1为本专利技术的数据处理流程图。
具体实施方式
[0043]在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本专利技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本专利技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本专利技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
[0044]实施例一
[0045]在一个实施例中，提出一种面向视觉结构光的三维重建方法，如图1所示，该方法具体包括以下步骤：
[0046]步骤1、读取信息采集设备的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向视觉结构光的三维重建方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1、读取信息采集设备的标定参数；步骤2、基于结构光的构建，通过信息采集设备获取目标图像数据并进行信息采集设备的参数标定；步骤3、对图像数据进行图像校正；步骤4、根据图像数据进行立体匹配获取三维立体数据位置；步骤5、基于匹配点实现三维重建。2.根据权利要求1所述的一种面向视觉结构光的三维重建方法，其特征在于，所述结构光为一组编码光，用于投射到待测目标物表面，产生高度起伏并发生形变，进一步通过变形的光栅获取物体表面的特征信息。3.根据权利要求1所述的一种面向视觉结构光的三维重建方法，其特征在于，在匹配获取三维立体数据位置的过程中，采用多频外差相位展开的方式，将像素绝对化，从而使得每一个像素都能具有自己唯一的位置，将相位信息转化成高度信息，实现精准的双目相位匹配。4.根据权利要求3所述的一种面向视觉结构光的三维重建方法，其特征在于，所述多频外差相位展开的具体过程为将两种不同频率的相位函数叠加到一种频率更低的相位函数，通过包裹相位之差合成全局相位；进一步的，两个相移编码周期，即编码条纹宽度分别为T1和T2，T
12
为相位差周期，根据频拍信号频率表达式：当T
12
足够大时，便会覆盖整个信息采集设备的视野，此时双频外差的处理结果将由小周期扩展到一个大周期内，当频率差为1时，可以达到全场范围内只有一个周期的目的，实现展开仅与频率相位有关，不受颜色影响。5.根据权利要求3所述的一种面向视觉结构光的三维重建方法，其特征在于，实现多频外差计算的具体步骤如下：步骤
①
、获取出图像数据的相位主值；步骤
②
、叠加不同频率的相位主值，得到整幅图像只有一个周期的相位值1；步骤
③
、最后周期相位反计算相位主值的连续相位。6.根据权利要求5所述的一种面向视觉结构光的三维重建方法，其特征在于，基于结构光获取目标图像数据的过程中，为了提高匹配效率，缩减工作量，进一步通过黑白背景差分对图像数据中的背景进行消除；进一步的，针对初步背景差分后，获取到的背景存在噪点，采用区域生长方法提高对相位边界的定位准确性，进而减少错误的相位数量；所述区域生长方法实现的过程，具体包括以下步骤：步骤a、确定种子点；所述种子点作为区域生长...

【专利技术属性】
技术研发人员：周海鹏，
申请(专利权)人：南京威布三维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：