[发明专利]基于互相关的结构光360°测量的最优旋转角度判定方法

说明书

本发明提供一种基于互相关的结构光360°测量的最优旋转角度判定方法，属于结构光三维测量领域。本发明所述方法包括确定旋转次数、设定双摄像机角度、建立互相关曲线、确定最优旋转角度及完成360°重建五个步骤。本发明所述方法利用粗略估计物体外接椭球的先验知识，设定待测物体360°重建所需的测量次数；并以前次测量中左相机采集得到的图像为基准，与右相机在转台旋转过程中实时采集图像做互相关运算，建立互相关曲线，寻找曲线峰值，该峰值对应的转动角度即为转台最优旋转角度；在互相关曲线至峰值处，转台停止旋转，进行下一次测量；重复以上步骤，最终完成物体的360°测量。

技术领域

本发明涉及结构光三维测量技术领域，尤其涉及一种基于互相关的结构光360°测量的最优旋转角度判定方法。

背景技术

结构光360°测量技术是通过将结构光测量技术与三维点云匹配技术相融合，获取待测物体360°三维信息的一种测量方法。在结构光测量技术中，由于摄像机与投影仪组成系统的视场范围的限制，在单次测量中只能获取物体表面的部分信息。为获取物体表面360°的信息，需在测量过程中旋转物体，使其位于测量盲区的部分转动至可测量区域内。但物体旋转会使重建点云不处于同一物体坐标系下，因此需要利用点云匹配技术将物体运动引入的重建结果坐标系之间的差异去除。同时，受物体表面结构的影响，不同形状物体有最优的测量次数，因此，测量时存在最优旋转角度。现有的方法多采用精密旋转台控制转动角度，且尚未考虑最优旋转角度的问题。若对复杂程度不同的物体采用相同的测量次数，则可能导致复杂物体部分视角缺失，造成点云空洞或简单物体冗余信息过多，点云融合难度增加。而利用精密旋转台控制角度增加了设备对精密仪器的依赖程度。

因此，有必要提供一种新的基于互相关的结构光360°测量的最优旋转角度判定方法解决上述技术问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种无需通过精密旋转台控制旋转角度解决传统结构光360°三维测量方法中角度判定的问题的基于互相关的结构光360°测量的最优旋转角度判定方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的基于互相关的结构光360°测量的最优旋转角度判定方法包括以下步骤：

S1：确定旋转次数

本发明测量时所用提出确定旋转次数方法根据物体外接椭球曲率最大部分获取；根据首先标定出左摄像机内参矩阵，包括摄像机焦距f、像元尺寸及焦平面主点位置，延物体长边和短边粗略估计其外接长方体，及转台中心至相机左相机的光心d；并以外接长方体根据公式(1)粗略估计出包含物体椭球为：

其中，a、b、c为物体外接长方形的长、宽、高。

建模时，将物体位于椭球体短轴正对左摄像机为起始点，建立旋转角度与摄像机采集得到图像重合度之间的关系；当前次测量和后次测量重合度为1/2时，此旋转角度为最优旋转角θ；利用特征匹配法将左摄像机采集获得短轴正对的图像Image_ref与后期旋转时的图像Image_cap相匹配实时匹配，当Image_ref与Image_cap中的特征点匹配点分别位于Image_ref左侧与Image_cap右侧时，当前角度即为所需最优旋转角θ。

测量该物体所需的旋转次数为：

S2：设定双摄像机角度

本发明通过双摄像机之间的夹角及后期算法保证每次测量旋转角度为最优旋转角，首先设定双摄像机之间的夹角为θ；利用现有的标定方法，获取双摄像机之间的外参矩阵R，T，通过观测R的值，可将双摄像机之间的夹角设定为θ；其中R和θ之间的关系如公式(3)所示：

其中，tr表示矩阵的迹。