[发明专利]一种自动化三维彩色成像与测量系统

说明书

本发明提供一种自动化三维彩色成像与测量系统，包括：成像模块，包括用于采集被测物体第一三维图像和彩色图像的彩色三维传感器，以及用于采集所述被测物体第二三维图像的深度相机；位姿调整模块，用于固定所述成像模块，并对所述成像模块进行位姿调整；处理器，连接并控制所述成像模块以及所述位姿调整模块，使得所述成像模块对所述被测物体进行多角度图像采集，并基于所述第一三维图像、所述彩色图像以及所述第二三维图像计算出所述被测物体的彩色三维模型。本发明通过采用机械臂和旋转电机来控制三维传感器的多视角姿态调整，以满足所有扫描视场的重叠度和完整性；通过深度相机实时获取物体的形貌数据来估算三维传感器最佳扫描姿态，以确保物体的待测量表面位于三维传感器的测量范围内。

技术领域

本发明属于电子技术领域，更具体地说，是涉及一种自动化三维彩色成像与测量系统。

背景技术

在众多光学三维测量技术中，基于相位的主动双目视觉3D成像技术由于其非接触、快速、高精度的特点被认为是一种最为有效的精确检测与重建物体三维形貌的技术。

然而在光学三维测量和成像过程中，受三维传感器测量范围的限制，待测量物体的尺寸变化与拓扑变化对完整的三维测量与成像均会造成不同程度的影响，尤其是对自动化扫描带来巨大的挑战：既要满足三维扫描的完整性要求，又要协调控制三维传感器与测量表面间的姿态关系，以保证三维数字化测量的精度与效率。

针对当前三维测量存在的巨大挑战，本发明提供一种基于机器人辅助的全自动自动化三维彩色成像与测量系统。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种自动化三维彩色成像与测量系统，包括：成像模块，包括用于采集被测物体第一三维图像和彩色图像的彩色三维传感器，以及用于采集所述被测物体第二三维图像的深度相机；位姿调整模块，用于固定所述成像模块，并对所述成像模块进行位姿调整；处理器，连接并控制所述成像模块以及所述位姿调整模块，使得所述成像模块对所述被测物体进行多角度图像采集，并基于所述第一三维图像、所述彩色图像以及所述第二三维图像计算出所述被测物体的彩色三维模型。在一个实施例中，所述彩色三维传感器包括左相机、右相机、投影仪组成的主动双目视觉相机以及彩色相机。

在一个实施例中，所述位姿调整模块包括：机械臂，连接于所述成像模块，包括多个旋转轴以对所述成像模型进行位姿调整；旋转轴，分别与所述机械臂以及所述底座连接，用于使得所述成像模块围绕所述底座旋转。

在一个实施例中，所述彩色三维传感器包括左相机、右相机、投影仪组成的主动双目视觉相机以及彩色相机。

在一个实施例中，所述深度相机包括TOF深度相机或结构光深度相机或双目视觉深度相机。

在一个实施例中，所述第一三维图像的分辨率、精度、帧率中的至少一个高于第二三维图像。

在一个实施例中，所述基于所述第一三维图像、所述彩色图像以及所述第二三维图像计算出所述被测物体的彩色三维模型包括以下步骤：利用所述第二三维图像生成全局扫描视点；在所述全局扫描视点处采集所述第一三维图像以及所述彩色图像，并基于所述第一三维图像以及所述彩色图像计算所述被测物体的彩色三维模型。

在一个实施例中，所述全局扫描视点是基于约束条件所生成的，所述约束条件包括但不限于可见性约束、测量空间约束、重叠度约束以及遮挡约束中的至少一种。

在一个实施例中，所述全局扫描视点是基于下一个最佳视点(NBVs)算法计算得出；所述NBVs算法包括以下步骤：构建包含所述粗略模型以及扫描空间的最小包围盒，并对所述扫描空间按照一定的距离间距进行3D体素网格划分；对所述粗略模型采样点找到体素，并以所述体素作为搜索种子对其领域体素进行膨胀搜索以得到所述有效体素；求解所述有效体素的标记分数并选择分数值最大的体素进行视点计算。

在一个实施例中，所述三维扫描是基于所述全局扫描视点并进行最短路径规划，以沿着所述最短路径进行三维扫描。