[发明专利]一种复杂凸面型物体三维重建与体积测量方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机视觉领域，尤其涉及一种复杂凸面型物体三维形貌与体积非接触测量方法。

背景技术

工业检测、文物修复以及3D打印等很多领域都需要获取复杂物体的高精度三维形貌信息。目前，获取物体的三维形貌的技术可以分为接触式的测量方法和非接触式测量方法两大类。其中，接触式测量方法需要碰触实物体的表面，有可能对待测物体造成污染、变形或损坏，不太适合用于一些价值较高的物体，比如古文物。非接触测量是以光电、电磁等技术为基础，在不接触被测物体表面的情况下，得到物体表面参数信息的测量方法。非接触测量具有高速、不接触、不划伤被测物表面，适合于柔软物体测量等优点。从上世纪90年代以来，随着自动化技术、微电子技术、人工智能技术以及计算机辅助设计技术的飞速发展，视觉测量和重构技术，已广泛应用于表面检测与测量领域。

基于计算机视觉的三维形貌测量方法主要有两类：投影法和立体视觉测量法。投影法通过投影设备将结构光，如点云、线或者条纹等，投影到被测物体表面，通过相机采集的图像分析被测物表面结构光的变形得到一个剖面或者整个表面的高度信息，进而获得物体的三维形貌。由于投影法需要精确已知投影的结构光与测量相机的结构关系，使得投影法实际应用中并不方便，且精度受限于结构光投影设备，存在设备复杂、应用不灵活的问题。立体视觉测量法利用多台相机获取的物体表面图像对应点云，通过交会测量的方法获取物体表面点云的三维空间坐标。在实施交会测量时，需要在不同相机视图中提取被测物表面丰富的纹理信息或者记点并进行密集匹配。但是，图像密集匹配是计算机视觉领域的一个经典难题。因此，该方法通常借助结构光解决表面纹理不丰富物体的测量问题。尽管借助结构光可以部分简化图像的密集匹配，但对于高精度的三维重建而言，特征点的密集匹配仍然制约了该方法的使用。此外，对于复杂物体的三维重建，不可能在一个视角覆盖物体全表面，需要对多个表面进行高精度的拼接也限制了这一类方法的广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供另一种复杂凸面型物体三维重建与体积测量方法，解决现有技术面临的设备复杂、应用不灵活、精度不高的缺陷。

一种复杂凸面型物体三维重建与体积测量方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，测量系统布设

1.1 将待测物体放置在于黑色平板中心位置。

1.2 建立测量坐标系o-xyz

坐标系o-xyz中o点位于平板中心， o-x轴和o-y轴位于平板上表面所在平面；o-z轴垂直o-xy平面，指向平板上方；o-x轴、o-y轴和o-z轴符合右手定则。

1.3布设编码标志 

在平板上布设1个圆形对角标志和                                               个方形对角标志，其中≥3，上述对角标志在o-xyz坐标系中的三维坐标已知，且均匀分布于以待测物体为中心的圆周上。

第二步，初始的外包体数据集合设置

2.1 设置一个被测物体的外包长方体

设置一个被测物体的外包长方体，该长方体的顶点坐标分别为（-X/2，-Y/2，0）、（-X/2，Y/2，0）、（X/2，-Y/2，0）、（X/2，Y/2，0）、（-X/2，-Y/2，Z）、（-X/2，Y/2，Z）、（X/2，-Y/2，Z）、（X/2，Y/2，Z）。

2.2分割外包长方体并记录数据

将外包长方体分割成个小的立方体单元，≥ 6000000，将立方体单元的中心坐标及其对应的标识码，记入外包体数据集合，的计算公式分别为，

            （1）

            （2）

                 （3）

其中， ，， ， ，。

2.3初始化立方体单元标识码

令立方体单元对应的标识码。

第三步，待测物体三维形貌重建

3.1 待测物体图像拍摄

选取合理的拍摄位置和角度，利用测量相机拍摄一张待测物体的图像，并保证所拍摄的图像包含平板上的对角标志。

3.2待测物体图像轮廓提取