[发明专利]基于法线检测的三维重建方法、装置、检测装置及系统

说明书

本发明涉及光学测量技术领域，具体公开了一种基于物体表面法线检测的三维重建方法，其中，包括：获取待测物体表面的入射光线图像；对入射光线图像进行标定以及计算处理，得到入射光线方程；获取待测物体表面的反射光线图像；对反射光线图像通过位姿测量以及计算处理，得到反射光线方程；根据入射光线方程和反射光线方程计算得到待测物体表面光斑的梯度信息；根据获取到的待测物体表面多个光斑的梯度信息对待测物体进行三维重建。本发明还公开了一种基于物体表面法线检测的三维重建装置、物体表面法线检测装置及物体表面法线检测系统。本发明提供的基于物体表面法线检测的三维重建方法能够提高三维重建的精度和效率。

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，尤其涉及一种基于物体表面法线检测的三维重建方法、基于物体表面法线检测的三维重建装置、物体表面法线检测装置及物体表面法线检测系统。

背景技术

通常人们所接触的世界是三维的，相比距离、角度等一维、二维数据对世界的管窥蠡测，三维数据更贴近于实际，可以更完整地描述待测物体。目前，三维数据已广泛应用于测量、虚拟现实等多种领域，是认识环境、感知世界的重要工具。三维数据需要通过三维重建技术获得。广义三维重建是指通过测量工具与解算方法，获取目标局部点三维坐标、面三维结构乃至整体三维模型；狭义三维重建指通过重建技术，获取包括结构、纹理、尺度等的目标完整三维信息，其是广义三维重建的最高形式。

获取三维数据后，对目标进行各类测量是其最重要的应用之一，即三维重建测量。其分为接触式测量和非接触式测量。其中接触式测量具有测量速度慢，效率低；测量非刚体可能因接触使表面变形，导致测量数据不准等问题。目前广泛使用的是非接触式测量。非接触式三维重建测量是指在不接触待测目标的前提下，获得目标三维空间结构并进行测量的方法。具有精度高，速度快的特点。

基于结构光测量法是非接触式测量中的主动测量方法。其采用了外界人为、指定分布的照明光，在物体表面形成光场，结合三角测距原理将光场信息解算为深度信息，从而获得物体表面三维结构。其中的三角测量基本原理是由结构光投射器向待测物体表面投射可控制的光结构形成特征点，由电荷耦合器件(CCD)摄像机对物面进行拍摄，标定得到投射器及相机的位置、姿态等参数，利用三角测量原理交会计算特征点深度信息。目前大部分三维测量系统采用的都是三角测量法。直接三角法运算量小，测量系统便携，便于安装和维护，被广泛应用于工业级三维测量中。但是该方法测量精度受特征提取精度的约束，测量精度与速度难以同时得到提高；与所有光学非接触三维测量一样，存在遮挡问题；同时，受环境光源影响较大，一些形态的结构光的光强随测量距离的增大迅速衰减，并且高精度的测量设备成本也会相应较高。

发明内容

本发明提供了一种一种基于物体表面法线检测的三维重建方法、基于物体表面法线检测的三维重建装置、物体表面法线检测装置及物体表面法线检测系统，解决相关技术中存在的三维重建精度低的问题。

作为本发明的第一个方面，提供一种基于物体表面法线检测的三维重建方法，其中，包括：

获取待测物体表面的入射光线图像，其中所述待测物体表面的入射光线图像为面阵相机对待测物体表面被激光器照射后形成的光斑的成像；

对所述入射光线图像进行标定以及计算处理，得到入射光线方程；

获取所述待测物体表面的反射光线图像，其中所述待测物体表面的反射光线图像为面阵相机对经被测物体表面反射在全息膜上的光斑的成像；

对所述反射光线图像通过位姿测量以及计算处理，得到反射光线方程；

根据所述入射光线方程和所述反射光线方程计算得到待测物体表面光斑的梯度信息；

根据获取到的待测物体表面多个光斑的梯度信息对待测物体进行三维重建。

进一步地，所述对所述入射光线图像进行标定以及计算处理，得到入射光线方程，包括：