[发明专利]基于双棱镜单摄像机三维测量工业内窥镜系统及测量方法

说明书

本发明公开了基于双棱镜单摄像机三维测量工业内窥镜系统及测量方法，系统包括：LED照明模块、双棱镜单摄像机模块、手柄模块、摄像机采集驱动与图像处理模块、显示模块以及数据编解码与存储模块；测量方法包括以下步骤：首先采集图像获得左右视图；然后对系统参数进行单目标定；接着对双棱镜单摄像机进行双目标定与校正；然后由LED照明模块照射待测场景表面，并采集待测场景的左右视图；之后对待测场景的左右视图进行校正；再获取校正后左右视图的视差图；最后获取待测场景的三维坐标图、感兴趣的点或区域的三维坐标图即形貌。本发明能对管道内壁等狭窄空间进行双目拍摄、三维重建与三维测量，具有易制造、快速与高精度测量等优势。

技术领域

本发明属于三维测量领域，特别涉及一种基于双棱镜单摄像机三维测量工业内窥镜系统及测量方法。

背景技术

双目视觉三维测量系统具有快速、无损、无接触测量在地图测绘、军事测距、侦查、工业零件快速测量、检验、产品验收具有广泛应用。双目视觉三维测量系统最早应用于测距与形貌测量，其特点是体积大、两个镜头之间的距离比较长、长焦距、并且没有进行图像单双目目标定与校正，所以当目标在比较远处测量误差会比较大。随着计算机技术的发展，数字图像的出现，工业制造与其他行业要求越来越高，各种基于双目镜头结合计算机图像处理技术问世满足了各行各业当前需求。

当双目三维测量系统应用比较广泛时，仍然有一些场景人类通过人眼难以观察或者比较难获得高精度测量，例如内管道磨损测量，发动机内壁磨损测量等所以各种辅助工具如超声波测量、X光测量、单目视觉测量、双目视觉测量被发明。其中双目视觉测量因比其他方法具有更快速、更精确、多场合适用等优势被许多学者关注研究与厂商采用。这时候出现了一个难题是当在管道内部或者人眼看不见的发动机内壁采用双目视觉测量系统时必须有足够空间来摆放两个摄像机以及照明装置。许多学者开始专注于设计出一种微型的双摄像机系统和微型照明装置。这样的设计目前很少制造商能够以足够高的精度加工出成品。另外当采用微型镜头时也必须采用微型图像传感器，而这些微型传感器价格比普通尺寸传感器的价格高很多。如果采用单目摄像机很显然镜头尺寸不需要做得很小，至少可以可以做到双目系统其中一个镜头两倍大也不影响摄像机在管道移动。可是以往单目镜头一般每一次拍摄只能获取一张图像，使得测量精度很显然不如双目视觉测量系统更可靠。

国际上已经有人采用双对称棱镜单摄像机进行三维测量。2016年，L.F.Wu等人在文献《An Accurate Method for Shape Retrieval and Displacement MeasurementUsing Bi-Prism-Based Single Lens 3D Digital Image Correlation》提出了一种基于双棱镜单摄像机数字图像相关性的精确形状检测和位移测量方法，即采用一个长焦距的工业摄像机在前面加上一个双对称棱镜，使得摄像机每一次拍摄都能拍到景物的两张不同的图像，实现单摄像机双目视觉。Wu的模型建立在长焦距镜头而且系统只能适用于对体积要求并不高的场合，普适性一般。

发明内容

本发明所解决得技术问题在于提供一种基于双棱镜单摄像机三维测量工业内窥镜系统和方法。

实现本发明目的的解决方案为：基于双棱镜单摄像机三维测量工业内窥镜系统，包括LED照明模块、双棱镜单摄像机模块、手柄模块、摄像机采集驱动与图像处理模块、显示模块以及数据编解码与存储模块；

所述LED照明模块设置于双棱镜单摄像机模块上，并且两者的光轴平行，且置于同一检测通道中；所述双棱镜单摄像机模块与手柄模块相连，双棱镜单摄像机模块和摄像机采集驱动与图像处理模块通过套入在手柄模块内的数据线相互连接；所述摄像机采集驱动与图像处理模块同时与显示模块、数据编解码与存储模块相连；

所述LED照明模块，用于为待测场景照明；

所述双棱镜单摄像机模块，用于实现单摄像机同时采集两幅待测场景图，分别记为左视图和右视图；