[发明专利]3D线扫描相机的点云拼接方法、系统和可读存储介质

说明书

本发明公开的一种3D线扫描相机的点云拼接方法、系统和可读存储介质，其中方法包括：将标定件设置于移动平台上后，用两台3D线扫描相机对标定件进行扫描，分别得到标定件的第一点云图像和第二点云图像并对图像中的三个法相不共面的平面进行拟合；根据相同平面的共面性，计算出两台3D线扫描相机的点云图像之间的刚性转换矩阵；通过刚性转换矩阵对待测物体的一个点云图像进行转换，得到转换图像；将转换图像与另一个点云图像进行拼接，得到整体图像。通过三平面法标定两台3D线扫描相机之间的位置关系，通过平面拟合、矩阵计算，计算出两台3D线扫描相机点云之间的刚性转换矩阵，不需要迭代，计算速度快。

技术领域

本发明涉及工业相机领域，更具体的，涉及一种3D线扫描相机的点云拼接方法、系统和可读存储介质。

背景技术

3D线扫描相机在工业中的运用非常广泛，具有以下优点：(1)线扫描相机可以拥有多个K单位像素，所以分辨率的特性非常的高，对于高精度检测测量应用非常的适用，同时还能够进行需要连续高分辨率成像的应用以及连续运动物体成像的应用，其测量可以精确到微米。(2)线扫描相机动态范围非常的大，灵敏度也非常的高，对于工业检测项目中需要大幅面视场的要求非常合适。

线扫描相机在实际使用中，对与工业机构(运动平台)的配合要求比较高，一般情况下，3D线扫描相机固定安装，被测物固定于高精度运动平台匀速运动，运动速度与相机发射激光频率一致。3D线扫描相机成像结果是一个正交坐标系XYZ下的点云，这就要求相机安装固定后，其激光平面XOZ与运动平台运动方向Y垂直，否则会引起成像点云的畸变。

工业应用中，一些复杂应用场景中单个3D线扫描相机无法满足需求，比如：请参阅图2，运动平台单次可稳定移动距离为L1，待测物的长度为L2，当L2L1时，单个3D线扫描相机无法拍摄到完整的待测物。此时需要用两个3D线扫描相机拍摄待测物，然后进行两幅点云的配准拼接。一般点云配准方法为对应点粗配准+IC精配准，ICP配准方法是基于点对距离最小化原则，进行多次迭代，寻找使点云1中各点与点云2中的最近点的距离整体最小。这种方法存在如下缺点：1)两幅点云必须要有部分是同一个实际空间区域，基于该区域进行配准，即拼接后有重叠；2)需要粗配准相对准确，然后基于粗配准得到的旋转平移矩阵进行微调，否则容易陷入局部最优；3)ICP前一般会对一幅点云进行降采样以减少需计算的点数，容易损失特征；4)虽然一幅点云进行了降采样但仍然至少有上千个点，并且需要进行多次迭代直到收敛，速度较慢。

因此，如何设计一种3D线扫描相机的点云拼接方法，来达到操作简单、特征完整、计算快速的效果，是本领域技术人员亟待解决的技术问题

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种3D线扫描相机的点云拼接方法、系统和可读存储介质，解决现有技术的点云图像拼接存在的操作复杂、特征易损失、计算速度慢的问题。

本发明第一方面提供了一种3D线扫描相机的点云拼接方法应用于3D线扫描装置，所述3D线扫描装置包括两台3D线扫描相机、移动平台和标定件，所述标定件为由至少三个法相不共面结构组成的标准块，所述方法包括以下步骤：

将所述标定件设置于所述移动平台上后，用两台所述3D线扫描相机对所述标定件进行扫描，分别得到所述标定件的第一点云图像和第二点云图像；

分别对所述第一点云图像和第二点云图像中的三个法相不共面的平面进行拟合，将同一平面在两个点云图像中的平面方程称作一组平面方程组；

根据三组所述平面方程组的共面性，计算出两台所述3D线扫描相机的点云图像之间的刚性转换矩阵；

通过所述刚性转换矩阵对待测物体的一个点云图像进行转换，得到转换图像；

将所述转换图像与另一个点云图像进行拼接，得到整体图像。