[发明专利]一种线激光视觉三维扫描装置及方法

说明书

本发明公开了一种线激光视觉三维扫描装置及方法，包括一组用于数据采集的可旋转角度的阵列式相机、可伸缩的相机支架和可旋转的线激光投影装置。利用将相机在不同视角采集的图像进行图像拼接，有效降低单一相机采集图像易受相机角度和物体表面反光而使图像采集不完整和噪声干扰的影响，提高三维重建的准确性；利用中间的RGB工业相机可以采集到被测物表面的颜色信息，利用图像处理技术优化扫描路径，方便对被测物的三维重建；利用可旋转角度的阵列式相机可以增加相机扫描的景深，实现对不同高度的零件扫描；利用可旋转的线激光投影装置，在该装置位置不变的情况下，实现对物体表面进行大范围三维重建，解决了传统线激光传感器测量范围小的问题。

技术领域

本发明主要涉及三维视觉传感器技术领域，具体涉及一种线激光视觉三维扫描装置及方法。

背景技术

三维成像技术是近年来研究焦点，该技术被广泛用于三维逆向重建，自动化在线检测等诸多领域；线激光由于其精度高，速度快，受环境干扰小等优点，在三维成像领域被广泛应用。现有的线激光技术主要采用投射某一特殊频段的激光，因此其成像的过程不会受到环境光的影响。激光线形式有很多种，如单线激光，条纹激光，网络激光等形式。

随着制造业的飞速发展，单一的二维图像信息已经不能满足工业的生产需要，利用线激光与相机结合的三维扫描系统已经受到越来越多人的重视。但传统的线激光轮廓传感器只能接收激光线周围的信息，且易受相机拍摄角度和相机景深的影响，测量范围有限；如果线激光照射在易反光的被测物表面，会产生强烈的反射光线，影响相机的对激光线信息的采集；线激光轮廓传感器只能获取被测物局部表面的三维点云信息，无法对被测物进行表面缺陷检测和目标识别。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种线激光视觉三维扫描装置及方法，解决了传统线激光传感器测量范围小；易受相机角度和物体表明反光而使图像采集不完整和噪声干扰的影响；解决了传统单目线激光传感器只能测量固定景深，固定视角的物体。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种线激光视觉三维扫描装置，包括扫描系统和数据处理系统：

所述扫描系统包括支架、线激光发生装置和成像装置三个部分。所述支架中部固定连接线激光发生装置，两侧和中间分别固定连接一个成像装置。支架两侧的成像装置用于采集线激光在被测物体表面的成像，支架中间的成像装置用于采集被测物的RGB图像。

所述数据处理系统包括相机标定单元、图像处理单元和三维重建单元。所述相机标定单元用于对各个成像装置中相机内参以及线激光平面的标定；所述图像处理单元用于提取支架两侧的成像装置拍摄的线激光图像，并进行图像拼接，对于采集的被测物的RGB图像，利用图像处理单元进行对被测物进行表面缺陷检测和目标识别，用于被测物的三维重建；所述三维重建单元根据世界坐标系与两个成像装置中相机坐标系的关系以及线激光平面在世界坐标系下的方程，得到线激光平面上的点在世界坐标系下的坐标。

进一步地，所述成像装置分为第一成像装置、第二成像装置和第三成像装置，第一成像装置和第二成像装置以线激光发生装置为轴线分布在支架的两侧，第三成像装置安装在支架的中间位置。

进一步地，所述的第一成像装置与第二成像装置关于支架中间对称布置，且结构相同，均包含可旋转底板、相机、滤光片和旋转装置。所述可旋转底板固定在支架上，并利用旋转装置带动其旋转；相机固定连接在可旋转底板上；在相机的下方安装滤光片。

进一步地，所述旋转装置包含电机座、曲柄、连杆、固定板和电机，所述的连杆的一端利用轴承连接在垂直于可旋转底板的光轴上，另一端与曲柄的一端连接，所述曲柄的另一端与电机连接，使电机带动曲柄连杆旋转，实现调节相机的角度；所述电机固定在电机座上，所述电机座与固定板固定连接，所述固定板固定在支架上。

进一步地，所述的第三成像装置，包含第三相机和LED光源。所述第三相机位于线激光发生装置的前方，并利用螺钉固定在支架上，LED光源位于第三相机下方并与支架固定连接。