一种单线和三线激光结合的三维结构光视觉系统及方法技术方案

一种单线和三线激光结合的三维结构光视觉系统及方法，属于非接触式激光测量设备技术领域。所述系统包括激光发射模块、图像采集模块和图像处理模块；激光发射模块包括一个三线激光器和一个单线激光器；图像采集模块通过相机采集由于物体表面高度波动而变形的线激光条纹图像；图像处理模块对CCD摄像机采集的图像进行后续处理。本发明专利技术采用单线激光与三线激光器结合的方法对物体进行非接触式三维测量，相较于其他单线激光器更加方便快捷，测量结果更加精确，相较于多线平行激光器成本低。同时舍弃了传统方法中需要步进电机等设备的需求，简化了对实验器材的需求，节省了成本。即使在条件较差的情况也能完成物体的三维测量。条件较差的情况也能完成物体的三维测量。条件较差的情况也能完成物体的三维测量。

【技术实现步骤摘要】
一种单线和三线激光结合的三维结构光视觉系统及方法


[0001]本专利技术属于非接触式激光测量设备
，涉及利用单线与多线结构光结合的三维测量领域，具体涉及一种单线和三线激光结合的三维结构光视觉系统及方法。

技术介绍

[0002]如今，3D测量广泛应用于文物修复、机械生产等领域。其中，3D物体表面轮廓测量方法一般分为接触式和非接触式两种。目前的接触式测量方法如三坐标测量机等，基本可以满足测量精度的要求，但接触式测量方法存在测量速度慢、容易损坏接触面等问题，限制了其测量精度及其在快速测量领域的应用。非接触式测量包括投射结构光、干涉测量、超声波测量等。其中，结构光投射3D测量技术原理简单，可以实现高效的实时测量。
[0003]激光投影3D测量中广泛采用单线激光或平行多线激光对被测对象进行扫描和重建。使用激光扫描和测量物体，这种方法需要多次重复。为了提高测量系统的精度，有的利用滑轨装置，使激光器沿着固定的方向扫描物体表面，有的利用步进电机控制激光设备移动。这种利用轨道获取物体三维信息的方法只能获得特定视角下的物体信息。为了获取完整的三维信息，一些人员搭建环形轨道利用单线激光扫描物体。这种方法需要的准备时间长，效率低下，更换待测物体就需要重新搭建设备，不具有普适性。
[0004]综上所述，一般的3D测量系统都需要导轨，步进电机等需要，这些利用滑轨的扫描过程过度依赖于设备搭建，扫描数据更是依赖于设备的精密程度。这导致系统的累积误差增加，从而降低了测量精度且搭建实验器材费时费力费钱。

技术实现思路
/>[0005]本专利技术的目的是为了解决现有激光投影3D测量系统过度依赖精密设备，以及特定区域的局部信息无法获取的问题，提供一种单线和三线激光结合的三维结构光视觉系统及方法，该系统舍弃了繁琐的实验设备搭建，降低了实验费用。同时避免了由于激光器在固定轨道移动，一些特定角度，特定区域的信息难以获取的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0007]一种单线和三线激光结合的三维结构光视觉系统，所述系统包括激光发射模块、图像采集模块和图像处理模块；
[0008]激光发射模块包括一个三线激光器和一个单线激光器；
[0009]图像采集模块通过相机采集由于物体表面高度波动而变形的线激光条纹图像；
[0010]图像处理模块对CCD摄像机采集的图像进行后续处理。
[0011]一种上述系统的使用方法，所述方法具体为：将单线激光与三线激光投射到物体表面，移动单线激光并与三线激光相交形成三个交点，单线激光平面可由标定好的三个交点的世界坐标求解出，在此过程中可以任意方向移动单线激光器，以获取物体的整体完整三维形貌，最后将激光中心点云信息拟合成一个完整物体的三维曲面。
[0012]本专利技术相对于现有技术的有益效果为：本专利技术提供了一种基于多线结构光投影的
3D测量系统方法，采用单线激光与三线激光器结合的方法对物体进行非接触式三维测量，相较于其他单线激光器更加方便快捷，测量结果更加精确，相较于多线平行激光器成本低。同时舍弃了传统方法中需要步进电机等设备的需求，简化了对实验器材的需求，节省了成本。即使在条件较差的情况也能完成物体的三维测量。
附图说明
[0013]图1为系统结构示意图；
[0014]其中，1
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电脑设备，2
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摄像机设备，3
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单线激光器，4
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三线激光器，5
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待测物体，6
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实验平台；
[0015]图2为标定板示意图；
[0016]图3为三线激光器照射到黑色靶标平面图；
[0017]图4为实际待测物体5——人脸模型图；
[0018]图5为传统方法获取的人脸模型点云数据图；
[0019]图6为传统方法点云拟合效果图；
[0020]图7为本方法获取的人脸模型点云数据图；
[0021]图8为本方法获取的人脸模型耳部区域细节对比图；
[0022]图9为本方法点云数据拟合效果图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围之中。
[0024]三线激光：能够射出三组平行的激光器；三维结构光视觉系统：使用激光，结构光等手段测量物体的三维形貌。
[0025]本系统是由单线与三线激光结合的多线结构光三维测量系统。1.首先采用张氏标定法，利用标定板获取相机的内部参数(图2)。2.将三线激光器照射到一个黑色靶标平面(图3)多次移动黑色靶标，使用Hessian矩阵方法从感兴趣区域(ROI)中提取激光中心线，拟合三线结构光平面。3.在实际测量物体中，将单线激光与三线激光投射到物体表面，移动单线激光并与三线激光相交形成三个交点。4.单线激光平面可由标定好的三个交点的世界坐标求解出。5.在此过程中可以任意方向移动单线激光器，以获取物体的整体完整三维形貌。6.最后将激光中心点云信息如图7所示，拟合成一个完整物体的三维曲面如图9。
[0026]具体实施方式一：本实施方式记载的是一种单线和三线激光结合的三维结构光视觉系统，所述系统包括激光发射模块、图像采集模块和图像处理模块，如图1所示；
[0027]激光发射模块包括一个三线激光器和一个单线激光器；
[0028]图像采集模块通过相机采集由于物体表面高度波动而变形的线激光条纹图像；
[0029]图像处理模块对CCD摄像机采集的图像进行后续处理。
[0030]以上的几个模块之间的位置没有具体的要求，他们之前的空间位置关系是不固定的，为了获取好的拍摄效果，选择合适的位置，选好后，保持相机稳定，能拍到整个场景，保证没有漏掉物体就行，搭建整个系统后，图像采集模块保持稳定(相机)，激光模块中三线激
光器保持稳定，单线激光任意动，图像处理模块就是电脑，也应该保持稳定。
[0031]具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种单线和三线激光结合的三维结构光视觉系统，所述后续处理指对图片进行裁剪，降噪，滤波。
[0032]具体实施方式三：具体实施方式一所述的一种单线和三线激光结合的三维结构光视觉系统，所述相机为CCD相机(电荷耦合器件图像传感器)或CMOS相机。
[0033]具体实施方式四：一种具体实施方式一至三任一项所述系统的使用方法，所述方法具体为：在实际测量物体中，将单线激光与三线激光投射到物体表面，移动单线激光并与三线激光相交形成三个交点，单线激光平面可由标定好的三个交点的世界坐标求解出，在此过程中可以任意方向移动单线激光器，以获取物体的整体完整三维形貌，最后将激光中心点云信息拟合成一个完整物体的三维曲面。
[0034]本专利技术的创新点是测量系统实验平台的开发不需要滑轨和步进电机等典型技术设备。因此，这种方法减少了由精本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单线和三线激光结合的三维结构光视觉系统，其特征在于：所述系统包括激光发射模块、图像采集模块和图像处理模块；激光发射模块包括一个三线激光器和一个单线激光器；图像采集模块通过相机采集由于物体表面高度波动而变形的线激光条纹图像；图像处理模块对CCD摄像机采集的图像进行后续处理。2.根据权利要求1所述的一种单线和三线激光结合的三维结构光视觉系统，其特征在于：所述后续处理指对图片进行裁剪，降噪，滤波。3.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙秋成，任泽明，代维宇，孙明玉，赵秀涛，朱金龙，耿庆田，
申请(专利权)人：长春师范大学，
类型：发明
国别省市：