[发明专利]一种基于图像融合的多线结构光三维测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用了图像融合技术的多目线结构光三维测量技术。

背景技术

线结构光作为一种高精度的非接触式三维测量技术，在各方面都得到了日益广泛的应用。但当结构光照射到测量物体表面时，会由于种种原因照成反射，导致最终图像传感器得到的图像存在缺陷，难以准确的确定结构光的光心位置，使得测量的精度难以提高。

发明内容

本分明针对上述缺陷，采用两个以上的摄像机，从不同角度对结构光照射到的被测物体进行观测成像，以某一个相机作为主摄像机，依据摄像机以及结构光之间的几何关系，将其它摄像机得到的图像转换到主摄像机得到的图像坐标中，进行图像融合，从而弥补单个摄像机的成像缺陷，得到高质量的观测图像，从而更为准确的确定光心的位置，达到提高测量精度的目的。

本发明所所提出的一种基于图像融合的多线结构光三维测量方法，具有如下步骤：

A．对系统进行标定的操作，标定各摄像机的内外参数，选定主摄像机，以主摄像机的摄像机坐标系为基准标定各线结构光光平面的位置和方向，以主摄像机的摄像机坐标系为基准标定其它摄像机与主摄像机之间的位置和光轴方向；

B．各摄像机采集多线结构光投影生成的被测物体图像；

C．对各摄像机采集到的图像进行图像处理，分割提取出光带图像，并将这些光带图像编号；

D．对各摄像机采集到的光带图像进行图像特征匹配，建立各各摄像机采集到的光带图像之间的像素点级别的对应关系；

E．以双目或多目立体成像的原理，依据摄像机、线结构光光平面之间的位置、方向的几何关系，将光带图像与生成光带图像的线结构光平面对应关系确定下来；

F．依据摄像机、线结构光光平面之间的位置、方向的几何关系，建立主摄像机以外其余摄像机成像平面坐标系与主摄像机的成像平面坐标系之间的变换关系；

G．将主摄像机以外其余摄像机得到的光带图像以像素点为单位变换到主摄像机的成像平面坐标系上，并通过对其进行重新采样、插值生成基于主摄像机的成像平面坐标系的光带图像；

H．将主摄像机采集到的光带图像与上一步得到的光带图像进行图像融合处理，得到更为优质的光带图像；

I．以上一步得到的光带图像提取图像光心，依据光带图像与线结构光光平面对应关系、主摄像机与线结构光光平面的位置和方向关系，通过集合计算求解得出被测物体的表面轮廓。

采用上述的技术方案，可以减弱由于物体表面反射等因素造成的成像缺陷，便于更为准确的找到线结构光投影光带中心，能够更为精确的对被测物体表面进行测量。

附图说明

图1为一种双目线结构光扫描系统示意图，

图2为左摄像机得到的图像，

图3为右摄像机得到的图像，

图4为图像坐标转换示意图。

具体实施方式

以下以双目线结构光扫描系统为例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为一种双目线结构光扫描系统的原理图，其中LP1和LP2为线结构光投射出的光刀平面，这两个光刀平面互相平行，其在被测物体上形成的投影在被摄像机接受，形成图像用于测量被测物体轮廓。O_L-XYZ为左侧摄像机的摄像机坐标系，O_R-XYZ为左侧摄像机的摄像机坐标系，XO_LZ平面与XO_RZ平面共面，直线O_LO_R垂直于LP1与LP2平面。IMG1与IMG2为左、右侧摄像机摄像机的成像平面。

使用本发明的方法进行测量时，按如下步骤进行：

A．对系统进行标定的操作，标定左、右摄像机的内外参数，选定左侧摄像机为主摄像机，以主摄像机的摄像机坐标系为基准标定各线结构光光平面的位置和方向，以主摄像机的摄像机坐标系为基准标定其它摄像机与主摄像机之间的位置和光轴方向，以及直线O_LO_R长度、直线O_LZ与LP1平面夹角、直线O_RZ与LP1平面夹角、点O_L与LP1平面距离、点O_L与LP2平面距离等参数；

B．左、右摄像机采集多线结构光投影生成的被测物体图像（图2和图3）；