[发明专利]结合激光点阵和偏振视觉的双目三维成像方法

说明书

本发明公开了一种结合激光点阵和偏振视觉的双目三维成像方法，将随机点阵激光模组形成的激光点阵投影作用到目标物体上，利用镜片组模块滤波减少环境光的干扰并抑制部分耀光，最后用双目偏振相机捕获有效目标图像对，对两幅图像进行点匹配，然后计算视差和三维坐标形成目标表面三维点云图像。本发明用偏振相机取代普通可见光相机，利用滤波片抑制背景光，利用偏振成像抑制表面耀光，减少图像中光斑覆盖的所有像素点中的饱和点数量从而提高了光斑中心的计算精度，克服了传统双目视觉系统的缺点，使得该方法能作用于类似金属的表面光滑低纹理高反光目标。

技术领域

本发明涉及双目三维成像技术，特别是一种结合激光点阵和偏振视觉的双目三维成像方法。

背景技术

双目立体视觉测距技术是一种非接触测距技术，是计算机视觉中双目立体视觉的一种应用。主要是利用计算机来模拟双目，将成像器件获得的两幅或两幅以上的图像进行匹配处理，这些图像可以是同一相机在不同角度或位置分时拍摄，也可以是不同相机同时拍摄；然后计算目标点视差，根据三角测量原理计算得到目标点的相对坐标和世界坐标，借此恢复深度信息，得到目标的表面形貌，实现三维重构。该技术简便可靠，能够直观感知，并且随着各种算法的提出，计算精度的提高，使得它在很多领域都有极大的应用价值，比如精密测量、微操系统的检测控制、三维测量、机器人导航识别、3D场景重建、虚拟现实技术等。

结构光技术是将特定的光信息投射到目标物体表面，再由摄像头采集，根据物体造成的光信号的变化来计算物体的位置和深度等信息，从而实现目标表面的三维重构。

目前所用的双目视觉主要基于灰度匹配和深度学习等计算机图像处理技术，所用的都是普通工业相机，但是基于灰度的匹配技术容易产生较大误差，严重影响成像结果，而且只在近距离工作时成像精度高，面对表面光滑、低纹理、反射率高的物体表面时更容易出现大面积的误匹配从而形成数据空洞，三维图像恢复算法复杂，计算量大，不容易实现高速成像。

有的双目视觉结合了结构光、有线结构光、点结构光和脉冲激光测距，但是该技术对光信号的实时处理要求比较高，测量精度和成像分辨率都有限，而且也不适合用于处理表面光滑、低纹理、反射率高的物体表面。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结合激光点阵和偏振视觉的双目三维成像方法，能够作用于表面光滑、纹理单一、存在高反光区域的目标物体。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种结合激光点阵和偏振视觉的双目三维成像方法，该方法基于双目三维成像系统，系统包括随机点阵激光模组、镜片组模块、双目偏振相机、固定云台和计算机，所述方法包括以下步骤：

步骤1、对双目偏振相机进行标定得到标定参数，再由随机点阵激光模组中连续激光器出射的激光经过准直透镜和衍射光栅形成激光点阵，激光点阵经过调焦后作用在目标物体上；

步骤2、由镜片组模块进行滤波，滤除环境背景干扰光，抑制一部分耀光，再由标定后的双目偏振相机获得0度、45度、90度、135度四对不同偏振角度目标物体图像，并筛选出表面耀光最小，像素饱和点最少的一对图像作为有效目标图像；

步骤3、将步骤2中得到的左右相机图像利用步骤1得到的标定参数进行极线校正，得到校正后的左右相机目标图像；

步骤4、将步骤3得到的左右目标图像进行预处理，步骤3得到的图像中的点阵所成像是一个个散斑，先将所有散斑中覆盖像素点数小于设定阈值的散斑作为噪声点滤除，阈值由所有散斑平均覆盖的像素点决定，然后对剩下的每个散斑进行标记，标记方法是将整个散斑进行高斯拟合，拟合得到的中心点作为新的坐标，该坐标即作为散斑的代表点坐标，即一个点代表一个散斑；

步骤5、将步骤4预处理得到的左右目标图像进行叠加，以左图像作为参考图像，左图像上的代表点作为参考点，在一定范围内横向向左搜索右图像上的最近代表点，该范围为匹配阈值，匹配阈值是一个可调参数，并计算两点列坐标的差值作为该参考点的视差；