[发明专利]多尺度双轴旋转激光影像三维重构系统及其方法

权利要求书

1.一种多尺度双轴旋转激光影像三维重构系统，其特征在于：包括旋转控制平台、图像采集系统、标定板、线结构激光器、计算机重构处理系统；

所述旋转控制平台包括电控旋转台(1)和安装在电控旋转台(1)上的伸缩旋转支架(2)，伸缩旋转支架(2)为T型结构，伸缩旋转支架(2)具有两个支臂(4、5)，所述支臂(4、5)的长度可调，所述支臂(4、5)外端装有可360度旋转的旋转台；

所述图像采集系统包括两个图像传感器(6、7)，两个图像传感器(6、7)分别安装在两个支臂(4、5)端部的旋转台上；所述两个图像传感器(6、7)水平放置，互成一定夹角；所述两个图像传感器(6、7)型号相同，每个传感器上装有型号相同的可变焦FA镜头；

所述线结构激光器(3)安装在电控旋转台(1)的旋转中心处，所发出的线激光垂直于水平面，线激光所在平面、两个图像传感器(6、7)所拍摄的图像平面相交于一条垂直于水平面的直线；

所述计算机重构处理系统用于摄像头系统标定、影像匹配与三维重构运算。

2.一种利用权利要求1所述重构系统实现的重构方法，其特征在于包括如下步骤：

S1、根据测量场景大小调节所述旋转控制平台中两图像传感器的夹角与所述图像采集系统的测量距离参数；

S2、图像采集系统的标定；

S3、结合线激光旋转扫描采集图像；

S4、在计算机重构处理系统中对图像进行处理，重构出三维场景。

3.根据权利要求2所述的重构方法，其特征在于，在步骤S1中，所述根据测量场景大小调节所述旋转控制平台中两图像传感器的夹角与所述图像采集系统的测量距离参数，具体包括如下步骤：

S1-1：调整支架两端的长度和两图像传感器间的夹角，使两图像传感器的光轴交点到旋转中心的距离与所测场景的半径长度相等；

S1-2：调整可变焦FA镜头，设置合适的焦距。

4.根据权利要求2所述的重构方法，其特征在于，在步骤S2中，图像采集系统的标定包括如下步骤：

S2-1：变换标定板的姿态，用图像采集系统拍摄标定板不同姿态下的图像各两幅；

S2-2：对所拍摄的两幅图像进行标定点像素坐标提取，在计算机重构处理系统中进行摄像头系统标定，分别得出两图像传感器在该旋转角度下的相机矩阵M1-0与M2-0；

S2-3：通过对相机矩阵进行矩阵运算计算出图像采集系统每旋转1°对应的两个图像传感器相机矩阵M1-1与M2-1，M1-2与M2-2，……，M1-359与M2-359，即标定完成。

5.根据权利要求2所述的重构方法，其特征在于，在步骤S2-3中，所述通过对相机矩阵进行矩阵运算计算出图像采集系统每旋转1°对应的两个图像传感器相机矩阵M1-1与M2-1，M1-2与M2-2，……，M1-359与M2-359，具体包括：

标定时以旋转角为0°设定世界坐标系各轴的方向，其中X轴平行水平面向右，Y轴垂直水平面向下，Z轴平行水平面指向两摄像机成像平面的交线；

以相机矩阵M1-0为例，使用标定板标定后得出的矩阵M1-0是一个3×4的矩阵，当图像采集系统旋转α°时，这里选定α＝1，实际上等价于摄像机自身旋转α°后，再在X轴与Z轴方向上分别平移了L1与L2的距离；

其中L1＝L·(1-cosα)，L2＝L·sinα；L为所述旋转控制平台中心与所述图像传感器的距离；

根据几何变换的矩阵运算，可得旋转矩阵R与平移矩阵T：

即可求得旋转α°下的新摄像机矩阵M1-α＝(M1-0)·R·T。

6.根据权利要求2所述的重构方法，其特征在于，在步骤S3中，进行图像采集时线结构激光器与两图像传感器以相同的角速度绕电控旋转台的旋转中心进行旋转，结合线激光旋转扫描采集影像包括如下步骤：

S3-1：启动线结构激光器，使线激光照射在场景表面；

S3-2：启动电控旋转台，每旋转1°进行一次图像对的采集；

S3-3：旋转一周后将所采集的图像对存储在计算机重构处理系统中。

7.根据权利要求2所述的重构方法，其特征在于，在步骤S4中，在计算机重构处理系统里对影像进行处理包括如下步骤：

S4-1：对影像中画面进行图像分割，提出若干激光点的像素坐标；

S4-2：对激光点进行图像匹配；

S4-3：进行三维重构运算，获得场景的三维信息。