[发明专利]一种基于神经网络的单相机-双棱镜三维测量系统及测量方法

说明书

本发明公开了一种基于神经网络的单相机‑双棱镜三维测量系统及测量方法，包括：导轨、滑动设置于导轨上的标定板、移动设置于导轨上相机、设置于相机于标定板之间的双棱镜及计算机；所述相机沿其光轴方向位于导轨上移动，且导轨上固定有锁死件，所述锁死件用于固定相机；所述计算机用于给相机供电并控制相机，且计算机包括三维测量模块，所述三维测量模块包括图像处理部与神经网络训练部；所述导轨设置有滑块，导轨通过直流电源驱动步进电机转动来移动滑块。根据本发明，可快速直接获取该物体的空间坐标或物体的尺寸，该方法精度更高，响应更快，在已经标定好的空间测量域内，不需要知道相机的焦距与景深，适用场景更加广泛。

技术领域

本发明涉及三维测量的技术领域，特别涉及一种基于神经网络的单相机- 双棱镜三维测量系统及测量方法。

背景技术

体成像技术广泛应用于三维重构和空间测量等工程与科学领域，其本质就是通过仪器测量获取被测物表面的三维坐标信息。通过被测物在不同角度下的多视图视差来获取深度信息的双目立体视觉测量技术，由于其测量速度快、精度高、应用场景广泛等优点，成为近些年来工业应用中获取物体三维信息的一个很好的技术方案譬如，在微创手术中利用立体内窥镜获取患者内部病灶的三维图像和深度信息；自动驾驶中使用多个摄像头来准确获取周围障碍物到自身车辆的距离；智能工厂的机械手臂通过装在末端执行器的摄像头实现精准作业等等。

现有技术的缺陷和不足：可以说双目立体视觉对诸如自动驾驶等现代工业的进步起到了重要作用。现有的双目立体视觉技术大多采用两个、三个甚至更多的相机对被测物进行多个角度的同步拍摄，或者不断改变相机位姿来获取被测点的视差信息，进而获取相应的三维信息，但是这样的方式存在相机同步难、成本高、计算量大以及使用场景局限性较大等缺点。有人利用棱镜折射原理，建立单相机-棱镜立体视觉系统，在同一个相机传感器中获取被测物两个或多个角度视图的方案，以模拟双目立体视觉，并基于小孔成像模型建立起诸多立体重构模型，但无一例外这些重构模型都是基于小孔成像模型下的线性模型，而实际上相机的成像是一个复杂的非线性模型，特别是棱镜的引入又增加了图像的畸变，又强化了系统成像的非线性，因此这些模型都无法准确地进行三维测量和重构。尽管对诸如棱镜位置摆放位置、成像畸变等各种因素进行误差分析和矫正，但效果依旧很有限，无法明显提高其测量精度。且按照传统的单相机-棱镜立体系统的处理方式，是先利用已经构建理论模型进行三维测量计算，再进行标定。这样的方式计算步骤复杂，计算量大，耗费在理论模型计算上的时间较长，同时对于不同的景深场景下，其矫正模型也难以普适，因此其测量范围存在较大局限性。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种基于神经网络的单相机-双棱镜三维测量系统及测量方法，可快速直接获取该物体的空间坐标或物体的尺寸，该方法精度更高，响应更快，在已经标定好的空间测量域内，不需要知道相机的焦距与景深，适用场景更加广泛。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种基于神经网络的单相机-双棱镜三维测量系统，包括：

导轨、滑动设置于导轨上的标定板、移动设置于导轨上相机、设置于相机于标定板之间的双棱镜及计算机；

所述相机沿其光轴方向位于导轨上移动，且导轨上固定有锁死件，所述锁死件用于固定相机；

所述计算机用于给相机供电并控制相机，且计算机包括三维测量模块，所述三维测量模块包括图像处理部与神经网络训练部；

所述导轨设置有滑块及固接于所述滑块上的标定板，且导轨通过直流电源驱动步进电机转动来移动滑块，通过控制步进电机转动的圈数来精确控制标定板沿Z方向上移动的距离。

优选的，所述双棱镜为沿顶线对称的等腰棱镜，其楔面角小于60°，材料为折射率为1.4的K9透明玻璃。

优选的，双棱镜的顶线一侧靠近相机，且双棱镜设置于由固定件与旋转平移台形成的固定组件上，通过平移和旋转来调整相机和双棱镜之间的相对位姿，进而改变单相机-双棱镜之间的有效测量域。