[发明专利]一种用于高精度三维测量的细纹幂增立体匹配方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于三维测量设备的立体匹配方法，更具体的说，本发明涉及一种用于高精度三维视觉测量设备的采用细纹幂增方案的立体匹配方法。

背景技术

在工业检测和工业设计领域，现有的较成熟的三维测量仪器主要有三坐标测量机，激光扫描仪和光栅测量仪，它们在一定程度上可以进行曲面测量，但还分别存在以下不足：

所述的三坐标测量机是高精度的接触式测量仪器，每次只能测量一个点，测量速度慢，难于进行曲面的造型设计，而且无法测量软质物体，操作起来非常繁琐；

所述的激光扫描仪属于非接触式光学测量仪器，该仪器体积庞大，需要导轨(通常是平移平台和旋转平台)，从而使其精度、速度均受导轨限制，难以实现高精度、高速度的测量，同时由于其有效平台尺寸的限制，又使其测量范围很窄。

所述的光栅式三维测量仪采用光栅作为光源，该仪器可以实现对物体外形的非接触三维面测量，大大提高了测量速度(例如德国的ATOS)。但是光栅测量方式对光照环境要求较高，在光源存在干扰的情况下，光栅被复杂形状物体调制后，容易出现栅线交叠、栅线混乱等现象，干扰正常解码操作，严重影响三维测量的精度和可靠性。

三维视觉测量研究的发展开始于20世纪60年代初，但由于硬件条件的限制，许多学者只限于一些基础理论的研究。1982年Marr的视觉计算理论，提出从图像恢复物体的三维形状，推动了基于图像技术的三维形貌测量技术的研究。20世纪90年代后，随着图像处理理论，模式识别理论，视觉标定理论，光学测量理论，外极约束理论，二维和三维拼接理论等相关理论的发展，三维视觉测量技术在不同领域转化成工业产品，并具有检测速度快，非接触，精度高等优势。如德国GOM公司的ATOS三维光学扫描仪，德国Ettemeyer 3D公司的G-Scan系列，美国法如(FARO)科技的便携式激光扫描仪等。所得到的三维形貌数据，可直接用于视觉检测和逆向工程等领域，在汽车、摩托车、模具、服装、鞋帽、雕刻等领域，具有深远的意义。已有的三维视觉测量装置中，采用二分编码作为光源投射和立体匹配方案的较多，但是二分编码中的白光编码面积大，容易造成边缘弥散、非边缘噪声干扰等现象，影响测量精度及点云质量

由此可见，已有的用于三维视觉测量的立体匹配方法对外界环境的适应性差，容易出现匹配错误，影响三维测量精度。因此研究更好的立体匹配方法，提高三维视觉测量设备的可靠性和准确度，以适应外形设计中的全方面曲面测量，已成为各个行业对几何量检测与设计的最迫切需求。

发明内容

本发明的目的就是克服以上现有技术的不足，提供一种可靠、实用、操作便捷的立体匹配方法，该方法采用细纹幂增的光源投射方案，可以弥补现有技术存在的缺陷。

本发明提出的细纹幂增立体匹配方法是用于改善三维视觉测量装置的测量准确度和可靠性。所述的三维视觉测量装置的组成包括：

用于建立高精度坐标基准的标定平台；

用于精度控制、图像采集和数据处理的计算机；

用于提供光源及扩展投射结构光条的光源投射装置；

用于采集图像的两个彩色或黑白摄像机；

用于放置所述的商用投影仪和所述的两个摄像机的扫描平台；

所述的细纹幂增立体匹配方法是通过二次幂方法和步移方法利用所述的光源投射装置投射光条；利用所述的两个摄像机采集图像；利用差影方法、递缩方法提取高精度光条信息；利用立体匹配方法确定左右图像的对应点坐标。所述的细纹幂增方法可细分为下述五个方法：

用于对测量空间进行逐步细分的二次幂增方法；

用于减少光强弥散的步移方法；

用于去掉背景干扰的差影方法；

用于提高条纹提取速度的递缩方法；

用于确定左右图像对应点的立体匹配方法；

所述的二次幂增方法是按照2的幂次方递增的顺序，从少到多向被测物体投射条纹。投射的光条将整个测量区域进行了逐步的细分。

所述的步移方法与相移方法有一定的相似性，但成像点云的均匀性和一致性要优于相移技术。由于细纹个数增加到一定程度时，采集到的细纹图像会存在比较严重的光强弥散现象，无法进行细纹的检测与提取。因此当细纹增加到适当的个数时，就不能再继续增加细纹的数量。没有被投射条纹覆盖的区域采用步移方法逐渐移动细纹，通过二次幂方法和步移方法的结合，被测物空间全部都能被光条覆盖到。与相移技术不同的是，步移技术中每次步进的长度是相同的、均匀的，而不是按照相位规律变化的。