[发明专利]一种用于三维重建系统的标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学三维测量领域，尤其涉及一种用于三维重建系统的标定方法。

背景技术

随着三维打印技术的发展，快速并且精确地获取物体的三维数据并进行三维建模具有重要的现实意义和研究价值。通常，人们获取物体三维模型的方式有三种：第一种方式是利用建模软件，例如AutoCAD等软件构造出接近真实物体的三维模型；第二种方式是利用对场景实拍的一系列图像或者视频来重建三维模型；而第三种方式则是通过三维扫描设备对物体表面进行三维扫描以获取物体的三维信息从而重建三维模型。

其中，第三种方式即三维扫描的方式，相比前两种方式，能够获得比较精确的三维数据，适用于有一定精度要求的建模应用中，如复杂机械零件，文物等。而且三维扫描的方式除了精度高的优点外，另一个优点是使用比较简单方便，并且建模所需时间很少。而三维扫描的方式按照测距探头不同，基本上可以分为两个大类:接触式扫描和非接触式扫描。接触式扫描利用接触式探头，在测量时探头需要和被测物体接触，虽然测量精度非常高，而且测量时完全不受物体表面反光、色彩等属性的影响，但是由于测距探头要接触被测物体表面且要产生一定的压力，所以会对被测物体造成一定程度的损伤，而且扫描时需要逐点测量，速度较慢，获取效率难以忍受；且由于测距探头需要接触被测物体并产生压力，因此对被测物体的材质有一定的要求，只能测量表面材质比较硬的物体。

而非接触式扫描采用光投射装置将激光或者可见光投射到被测物体表面，然后利用光感应设备对发射的光进行感光，再利用各种理论和技术计算出被测物体表面的深度信息，从而无需与被测物体直接接触，所以不会直接对被测物体产生物理损伤。这种非接触式扫描方式也称为光学三维测量，其在工业自动检测、产品质量控制、逆向设计、生物医学、三维文物数字信息记录、人体测量等众多领域中具有广泛应用。

以上非接触式扫描方式实现时，为了精确测量物体表面各点的位置并在后续的三维重建中建模，需要对光投射设备和光感应设备的内部和外部参数进行标定，并将标定后的各参数引用至后续三维重建方法中。因此，标定结果的准确性直接影响到三维重建模型与目标物体的一致性。故，需要一种具有高精度、且快速有效的标定方法，以测量准确的外部及内部参数。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于三维重建系统的标定方法，以简单的方式精确地标定光投影设备及光感应设备的参数值。

本发明公开了一种用于三维重建系统的标定方法，所述三维重建系统包括光感应设备、光投射设备及一产生标定图像的控制设备，所述光投射设备投影所述标定图像形成投影图像，所述光感应设备记录所述投影图像以形成记录图像；所述标定方法包括以下步骤：S1：获取所述标定图像在所述光投射设备的底片上的位置坐标；S2：光感应设备分别记录光投射设备在第一焦距F1和第二焦距F2下投射的投影图像，形成第一投影图像及第二投影图像，所述光感应设备分别记录所述第一投影图像及第二投影图像形成第一记录图像及第二记录图像；S3：所述控制设备分析所述第一记录图像及第二记录图像，并计算所述光投射设备的光心的坐标。

优选地，所述标定方法还包括以下步骤：S4：移动所述光投射设备，使所述光投射设备处于第一位置及第二位置；S5：基于所述光投射设备在所述第一位置及第二位置时不同的投影图像大小及所述光投射设备与投影屏的相对距离，计算所述光投射设备的焦距；S6：将所述光投射设备固定在所述第二位置，基于所述投影图像及所述记录图像计算所述光感应设备的焦距。

优选地，步骤S3中，还包括步骤S3-1：所述控制设备基于所述标志图像上的同一点在所述第一记录图像及第二记录图像的连线通过所述光投射设备的光心和等比原理，计算所述光投射设备的光心在光投射底片平面的坐标。

优选地，步骤S3中，还包括步骤S3-2：以所述光投射设备的光心为原点，以所述光投射设备的底片平面为XY平面形成第一坐标系，计算所述标定图像在所述第一坐标系下的坐标。

优选地，步骤S3中，还包括步骤S3-3：调整所述光感应设备的焦距并保持所述投影图像不变，所述控制设备计算所述光感应设备的光心在光投射底片平面的坐标。

优选地，步骤S3中，还包括步骤S3-4：以所述光感应设备的光心为原点，以所述光感应设备的底片平面为XY平面形成第二坐标系，计算所述标定图像所对应的记录图像在所述第二坐标系下的坐标。

优选地，步骤S6中，基于所述光感应设备的焦点、所述投影图像的两投影点构成的三角形及所述光感应设备的焦点、所述记录图像上对应所述两投影点的两记录点构成的三角形相似，计算所述光感应设备的焦距。