[发明专利]一种基于摄影测量的单像机三维重建方法

摘要

本发明公开了一种基于摄影测量的单像机三维重建方法，用于工业制造中零部件表面关键点的三维坐标重建，包括以下步骤：第一步，制备测量背景板；第二步，测量背景板三维数据；第三步，制备散斑特征；第四步，采集图像；第五步，编码标志点检测；第六步，求解像机内外参数；第七步，三维重建。本发明采用单像机实现工件表面轮廓的三维重建，设备成本较低，具有非接触测量、测量精度高等特点。

主权项

一种基于摄影测量的单像机三维重建方法，用于工业制造中零部件表面关键点的三维坐标重建，所述方法包括以下步骤：第一步，制备测量背景板：在背景板表面设置若干个均匀分布的环形编码标志点，编码标志点带有环形的编码环，作为其ID识别标志；第二步，测量背景板三维数据：采用高精度工业近景摄影测量系统，计算背景板表面编码标志点在预定坐标系下的三维空间坐标；第三步，制备散斑特征：根据测量要求(测量幅面、像机分辨率等)在待测工件表面进行散斑特征制备，为重建待测工件表面三维轮廓做准备；第四步，采集图像：将待测工件放置到背景板前方50～80mm处，采用单个像机拍摄不同视角的、同时包括被测件和背景板的两幅图像I1和I2；第五步，检测编码标志点：对第四步采集的两幅图像I1和I2进行降噪预处理，然后识别和定位背景板上的编码标志点，获得它们的图像坐标，并检测每个编码标志点的ID编码值；第六步，求解像机内外参数：采用像机标定方法获得像机的内参数，并根据第五步得到的编码标志点检测结果，采用摄影测量空间后方交会原理，求解得到像机的外参数R1、t1和R2、t2，以及像机在拍摄图像I2时相对拍摄图像I1时的旋转矩阵R1,2和旋转向量t1,2,其中R，t为摄像机的外参数矩阵，分别定义摄像机在三维空间的姿态和位置，旋转矩阵R1,2和旋转向量t1,2分别为： R 1,2 = R 1 R 2 - 1 t 1,2 = t 1 - R 1 R 2 - 1 t 2 第七步，进行三维重建：首先，在图像的散斑区域，选定计算范围采用数字图像相关法进行图像相关匹配；然后，根据三角测量原理，以拍摄图像I1时像机位置为原点建立坐标系，并结合第六步求解的旋转矩阵R1,2和旋 转向量t1,2以及图像匹配结果，重建被测工件表面的三维轮廓信息。