一种三维表面测量方法，包括：（１）向物体表面投射一均匀分布的面状光点图案，所述面状光点图案中光点之间的距离满足其像点的平均失配度小于预设的失配度阈值；（２）从已知的两个及其以上角度获取物体表面光点的图像；（３）匹配光点在各个图像中的像点；（４）计算并保存光点的空间坐标；（５）改变测量位置，继续进行步骤（１）－（４），直至还原出待测对象。本申请只需投射一幅面状光点图案且只需一次成像即可完成测量出该面上所有光点的空间坐标。并且，在测量过程中，待测物体与测量装置之间的距离可以是动态变化的，不像现有技术中需要要求其固定不变，因此，本申请中用户使用手持式测量装置就能完成测量，不需要使用脚手架等固定装置。
Three dimensional surface measuring method and measuring system
Including a 3D surface measurement method: (1) to the object projected onto the surface of a uniform surface spot pattern, spot between the surface like light patterns in the distance to meet the image point average mismatch mismatch is less than a preset threshold; (2) the image acquisition surface from a known spot two of the above point; (3), spot in each image in the image; (4) the spatial coordinate calculation and save the spot; (5) to change the measuring position, proceed to step (1) - (4), until the reduction of the object to be measured. The application only needs to project a uniform pattern of light spot, and only one imaging is needed to complete the measurement of the spatial coordinates of all the spots on the surface. And, in the process of measurement, the measured distance between the object and the measuring device can be dynamic, require the fixed, unlike in existing technology, therefore, to complete the user using a hand-held measuring device can measure the application does not require the use of scaffolding fixing device.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种三维测量技术，特别是有关于三维表面测量的方法和系统。
技术介绍
物体表面的三维测量技术在工业设计、制造、检测等领域应用广泛。近年来其应用还扩展到产品仿制、逆向工程、快速原型、人体测量、影视动画、虚拟现实等领域。 在申请号为03153504.6的中国申请中，公开了清华大学申请的一种测量物体表面三维轮廓的方法，其包括利用相位和立体视觉技术的结合，在物体表面投射光栅，再采用双摄像机拍摄发生畸变的光栅图像，然后利用编码光和相移方法获得左右摄像机拍摄图像上每一点的相位；最后利用相位和外极线实现两幅图像上的点的匹配，从而达到对物体表面点三维坐标的反求。该对比文件中所称的"光栅"，本文称为"图案"，对比文件中所称的"外极线"，本文称为"极线"。 具体地，对比文件使用二进制黑白条纹编码和90。相移正弦灰阶条纹来实现三维 测量，其关键技术包括两点其一是二进制黑白条纹编码，其二是90。相移正弦灰阶条纹。 二进制黑白条纹编码用"黑"和"白"来表示"0"和"1"，用1幅黑白条纹图案可为图案中各 点赋予1位二进制位，用2幅黑白条纹图案可为图案中各点赋予2位二进制位，以此类推， 用n幅黑白条纹图案可为图案中各点赋予n位二进制位。在其实例中，共用7幅编码图案， 构造方法为第1幅为半黑半白，以后各幅逐次细分，细分方法为上一幅的黑色部分被分为 半黑半白，白色部分被分为半白半黑。7幅编码图案可得27个编码序列，将整个图案区域分 为27个长条。 n幅编码图案虽然可以区分图案中2n个不同的条形区域，但是同一个区域内的点 却无法区分，使得测量的分辨率受到限制。为了提高分辨率，遂提出相移方案，即在编码图 案的基础上再增加相移图案。相移图案也是黑白条纹，不过其灰阶是连续变化的，条纹的周 期一般等于编码图案中最窄条纹的宽度。在其实例中，相移图案共有4幅，其灰阶均为连续 正弦波变化，4幅图案的相位依次相差90。。由相移图案的特性即可得到对比文件中公开 的相位计算公式。 根据上述二进制黑白条纹编码技术和相移技术，可以为光栅覆盖区域内的任意一 点赋予一个编码值和周期内相位值，两者结合即可得到相位值。有了该相位值，再结合计 算机视觉邻域中的极线约束关系就可以匹配两个摄像机图像中的点，然后根据三角测量原 理，就可以得到物体表面点的空间坐标。 在其实例中，由7幅编码图案加上4幅相移图案构成了一次测量中总共需要投射 的11幅图案，这样完成一次测量每一个摄像机均需成像11次，在此期间测量设备和待测物 体之间不能发生相对运动。 这种三维测量方法虽然具有精度高、广泛适用的优点，但也存在以下缺点 首先，对比文件中的方法需要使用多幅投射图案，这样完成一次测量就需要多次成像，限制了测量速度的提高。 其次，多次成像的时间无法做到很短，使得测量期间测量设备和待测物体之间的相对运动无法忽略，因此需要使用三脚架等固定装置使测量设备保持固定，增加了操作的 复杂度。 再次，该方法需要对整幅图像逐点计算编码和相位，存储这些编码和相位也需要大量的存储空间，因此其时间和空间复杂度都比较高。 事实上，许多三维测量应用对测量的速度要求高，且要求使用简单，现有的对比文 件中的技术不能满足这一类要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种三维表面测量方法，以解决现有技术不能满足测量速 度高且操作简单的技术问题。 本专利技术的另一 目的在于提供一种三维表面测量系统，以解决现有技术不能满足测 量速度高且操作简单的技术问题。 —种三维表面测量方法，用于测量物体表面点的空间坐标，由以下步骤组成 (1)向物体表面投射一均匀分布的面状光点图案，所述图案中光点之间的距离满足其像点的平均失配度小于预设的失配度阈值； (2)从至少两个角度获取物体表面光点的图像； (3)匹配光点在各个图像中的像点； (4)计算并保存光点的空间坐标； (5)改变测量位置，继续进行步骤(1)_(4)，直至还原出待测对象。 步骤(1)之前还包括A1 :设定失配度阈值；A2 :生成一均匀分布的面状光点图 案，光点之间的距离为D ;A3 :将所述面状光点图案投射至一标准物体表面；A4 :从至少两个 不同角度获取物体表面光点的图像；A5 :匹配各个图像中的像点，并得出失配度；A6 :改变 测量位置，重复进行步骤A3-A5，直至进行步骤A6的次数等于预设次数时，得出平均失配 度；A7 :若平均失配度小于失配度阈值，则减小D，反之增大D，重复进行步骤A3-A6，直至平 均失配度小于失配度阈值且D最小为止，此时的面状光点图案即为测量时使用的面状光点 图案。 步骤(3)进一步包括利用极线约束和最近原则，匹配光点在各个图像中的像点。 步骤(3)还包括匹配之前先对待匹配的两幅图像进行校正，使它们的极线与行 扫描线重合； 第一幅图像中点p(x， y)与第二幅图像中点p' (x-d， y)匹配的条件为 5S￡)(x，y，c0= Z2 最小，其中Wm(x，y)是以(x，y)为中心的宽度为m的方形区域，^、 12分别为第一、 第二幅图像的灰度值。 光点的分布为具有蓝噪声特性的随机分布或者是包括正方形和正三角形在内的 具有规则形状的分布。 步骤(4)进一步包括根据三角测量原理，由匹配结果和像点坐标求得对应光点 的空间坐标。 步骤(1)中，失配度阈值为5%，使用的面状光点图案为20X20的方形阵列，其水 平张角和垂直张角相等，均为24。，相邻光点的距离为1.2° ，图像的分辨率为640X480， 其高度覆盖整个面状光点图案。 获得成像位置进一步为 多个成像装置固定好，运用相机标定技术预先算出它们之间的相对位置； 将成像装置固定在一个具有坐标读数的移动平台上，通过读出成像时的坐标来确定各个图像的成像位置；或，在物体上或场景中设置视觉定位物，使成像装置在获取光点图像的同时也获取这些视觉定位物的图像，然后利用摄影测量术来确定成像位置。 —种三维表面测量系统，它包括测量装置和处理装置，测量装置包括投射装置和成像装置； 投射装置，用于向物体表面投射均匀分布的面状光点图案，所述图案中光点之间的距离满足其像点的平均失配度小于预设的失配度阈值； 成像装置，用于从至少两个不同角度获取上述光点的图像； 处理装置包括控制器和显示器，控制器上至少包括点匹配单元、空间坐标计算单 元和还原单元； 点匹配单元，用于按照预定的匹配算法匹配各个图像中的像点； 空间坐标计算单元，用于利用匹配结果和像点坐标根据三角测量原理计算光点的空间坐标； 还原单元，用于将光点的空间坐标还原出待测对象的三维点云图像； 显示器，用于将还原出来的待测对象的三维点云图像进行显示。 投射装置和成像装置固定在测量设备中，投射装置位于测量设备的中部，成像装置位于投射装置的两侧。 与现有技术相比，本专利技术投射的图案只有一幅，因此完成一次测量只需从各个角 度成像一次，如果每个角度用一个相机，所有相机同步拍摄的话，则通过单次成像即可完成 一次测量，测量速度大为提高。如果同步拍摄的时间足够短，即曝光时间足够短(这可以通 过增加投射光的强度同时縮短快门时间来实现)，则成像期间测量设备和待测物体之间的 相对运动所带来的误差相比测量精度可以小到能忽略的程度，这样就能实现移动式测量， 如手持式测量或安装在本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种三维表面测量方法，用于测量物体表面点的空间坐标，其特征在于：由以下步骤组成： （１）向待测对象表面投射一均匀分布的面状光点图案，所述面状光点图案中光点之间的距离满足其像点的平均失配度小于预设的失配度阈值； （２）从至少两个角度获取物体表面光点的图像； （３）匹配光点在各个图像中的像点； （４）计算并保存光点的空间坐标； （５）改变测量位置，继续进行步骤（１）－（４），直至还原出待测对象。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘晖，倪友群，
申请(专利权)人：倪友群，刘晖，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。