[发明专利]基于立体视觉的高速结构光扫描方法与系统

说明书

本发明提供了一种基于立体视觉的高速结构光扫描方法和系统。该扫描方法包括：将彼此平行的多条光带投射到待扫描物体的表面上；利用立体视觉照相设备获取待扫描物体的表面上的光带图像；利用光带提取算法提取每条光带在图像中的二维位置坐标，利用立体视觉算法识别每条光带的光带序号；参照光带的光带序号，利用对应此光带序号的标定曲线，将所获得的对应此光带序号的光带在图像中的二维位置坐标变换为三维位置坐标。该扫描系统包括配置成能够将多条光带投射到待扫描物体的表面上的多个激光器；配置成获取所述待扫描物体的表面上的光带图像的立体视觉照相设备；处理单元；以及可选地，推进机构。

技术领域

本发明属于测试测量技术领域，涉及光学、机械、电子、计算机等技术的高速实时的非接触式三维测量，具体而言，涉及一种基于立体视觉的高速结构光扫描方法与系统。

背景技术

结构光扫描是一种结合光电技术、计算机视觉技术的测量方法，能以非接触的方式测量物体的表面轮廓尺寸。

传统的结构光扫描方法包括使激光器发出的光束经过光学系统，形成某种形式的光点或光带，将此光点或光带投射到被测物体上，以在被测物体上形成有特定图案的光点或光带，用高速相机采集光点或光带图像，并通过图像处理技术对光带或光点图案进行提取，从而得到在高速相机视野范围内的被测物体的表面轮廓信息。当光点或光带和高速相机相对于该被测物体移动时，就能获得该被测物体的整体轮廓形状信息。

众所周知，评价结构光扫描检测质量的主要技术指标是光带图像的分辨率和数据的采集处理频率。但是，在用于车载轨道在线检测等测量的单束光扫描的场合中，光强度有限，因而所采集光带图像的分辨率有一定局限；另外，在相同硬件设施的条件下，采集处理模块的处理速度有一定限制，相机输出频率亦难以有大幅度的提升，因而扫描速度受到一定限制，导致数据采集处理频率受到限制。在这种情况下，将难以进一步提升检测速度，导致难以进一步提高结构光扫描检测的质量。改变硬件设施，例如使用现有技术中的高速立体相机来进行采集待扫描物体的轮廓信息和信息处理，会大大提高设备成本费用，并且由于高速立体相机所采集图像信息量巨大，导致要处理信息量巨大，亦将大大影响扫描检测速率，导致结构光扫描检测的质量下降。

因而，在此背景之下，急需研发一种手段，使得能在确保扫描检测精度的情况下，提高光带图像分辨率和/或数据采集处理频率，进而提高结构光扫描检测的质量，从而实现对待扫描物体的高精度和高速的三维扫描测量。

发明内容

为了解决上述问题中的至少一个，本发明的一个目的是提供一种基于立体视觉的高速结构光扫描系统，能实现高精度和高速的三维扫描测量，获得待检测物体的整个或部分表面的三维坐标及表面轮廓信息，并且能够解决由于改变光强度(例如增加光束)导致的光带乱序的问题。

本发明的另一个目的是提供一种基于立体视觉的高速结构光扫描方法，能实现高精度、高速的三维扫描测量，获得待检测物体的整个或部分表面的三维坐标及表面轮廓信息。

具体而言，本发明提供的基于立体视觉的高速结构光扫描系统，包括：

多个激光器，该多个激光器配置成能够将彼此平行的多条光带投射到待扫描物体的表面上；

立体视觉照相设备，该立体视觉照相设备配置成获取待扫描物体的表面上的光带图像；

处理单元，该处理单元配置成接收来自立体视觉照相设备所获取的光带图像；利用光带提取算法提取每条光带在图像中的二维位置坐标，并利用立体视觉算法识别每条光带的光带序号；以及参照各光带的光带序号，利用对应该光带序号的标定曲线，将所获得的对应此光带序号的光带在图像中的二维位置坐标变换为三维位置坐标。

进一步地，该立体视觉照相设备包括至少两个高速相机，且该至少两个高速相机优选地被安装成均可以获取上述光带的光带图像。