[发明专利]一种基于十字结构光的物体表面三维重建方法和系统

摘要

本发明涉及一种基于十字结构光的物体表面三维重建方法和系统。目的是提供的三维重建方法和三维重建系统通过十字结构光扫描物体得到物体的几何参数信息或对物体表面进行重建，可以避免一字结构光边缘信息丢失的情况，具有较好的时效性。技术方案是一种基于十字结构光实现物体表面三维重建的方法，其特征在于包括以下步骤步骤1标定系统参数；步骤2提取光条中心；步骤3实现三维重建；步骤4物体信息的获取。一种基于十字结构光实现物体表面三维重建的系统，包括机架、移动平台、丝杆以及电机、十字激光投射器以及摄像机，电机与计算机连接，摄像机通过图像采集卡与计算机连接。

主权项

一种基于十字结构光实现物体表面三维重建的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：标定系统参数，包括十字结构光参数标定和运动方向标定；步骤2：提取光条中心，获得两条激光光条中心亚像素级坐标；步骤3：实现三维重建，通过上述系统参数标定及光条中心提取，解得激光平面所扫描到的物体表面三维坐标点；步骤4：物体信息的获取，通过拟合物体表面三维坐标点得到物体的几何参数；所述步骤1中，十字结构光参数标定包括以下步骤：步骤1‑1：变换靶标的姿态，摄像机拍摄同一个姿态下无/有激光照射的靶标图像两幅；步骤1‑2：针对无激光照射时的靶标图像，利用张正友方法标定摄像机的内参矩阵K和外参矩阵[R|t]；步骤1‑3：调整摄像机模式，在高动态模式下拍摄有激光照射的靶标图像，针对带激光光条的靶标图像，用步骤1‑4的方法标定两个激光平面的参数；步骤1‑4：首先采用OTSU阈值法分割有激光照射的靶标图像，提取两条激光光条条纹；其次基于RANSAC算法得到图像坐标系下的两条激光光条直线方程，按斜率对激光光条分类；然后求取摄像机坐标系下的射影平面方程及靶标平面方程，得到激光光条的空间直线方程，从而求取激光平面法向[a b c]T；最后以激光光条到激光平面的距离为代价函数，建立下式所示优化的目标函数求解激光平面方程的参数d，F(d)=∫0L12(ax+by+cz+d)2a2+b2+c2dt]]>式中：a、b、c分别为参数方程ax+by+cz+d＝0中x、y、z的系数，其中a2+b2+c2＝1，d为激光平面方程的参数；L为激光线段的长度；所述步骤1中，运动方向标定包括以下步骤：步骤1‑5：将靶标固定于移动平台上做直线运动，连续拍摄无激光照射时的靶标图像n张，其中n>2，得到每帧图像的外参矩阵[R|t]，用最小二乘法对t直线拟合，得到运动方向参数。