[发明专利]一种阵列式并行激光投影三维扫描方法

摘要

本发明公开了一种阵列式并行激光投影三维扫描系统,其特征在于：包括用于投影不同方向线激光的激光微振镜投影装置和用于数据采集的若干组阵列式相机，对每张采集的图像，先进行不同方向的光刀分离，然后对每个方向光刀分别提取光刀中心，根据投影装置与摄像机之间的三角关系，得到该组线激光位置处的物体表面三维坐标；利用投影装置使该组线激光在物体表面每次移动一个像素，重复上述过程提取光刀处物体三维坐标，直到光刀获取整个物体表面的三维坐标。激光投影装置采用的是MEMS扫描振镜激光，相比数字光和物理光栅技术，具有景深大，扫描速度快，体积小和扫描精度高的优点；同时该系统将相机阵列式分布，对复杂台阶边缘测量敏感，可实现物体的非接触、高速度和物体边缘台阶高精度测量。

主权项

1.一种阵列式并行激光投影三维扫描系统,其特征在于：包括用于投影不同方向线激光的激光微振镜投影装置和用于数据采集的若干组阵列式摄像机，对每张采集的图像，先进行不同方向的光刀分离，然后对每个方向光刀分别提取光刀中心，根据投影装置与摄像机之间的三角关系，得到该组线激光位置处的物体表面三维坐标；利用投影装置使该组线激光在物体表面每次移动一个像素，重复上述过程提取光刀处物体三维坐标，直到光刀获取整个物体表面的三维坐标；所述三维扫描系统工作时，激光投影装置沿被测物投影不同方向的线激光，摄像机同时进行数据采集；将摄像机数据分别进行不同方向的光刀分离，然后再分别进行光刀中心提取和多级曝光技术，获得每组摄像机的有效区域的光刀中心矩阵；根据光刀中心矩阵和摄像机参数，重建出每组摄像机的三维点云模型，将这些点云数据进行拼接形成完整的被测物三维点云模型；第一步，在扫描被测物前，标定摄像机内参和摄像机与基准平面的位姿关系：(1)每组摄像机分别标定左摄像机与右摄像机或投影装置组合成的双目或单目立体视觉系统内外参数；(2)在基准平面放置一个标定板，每组摄像机分别采集一张标定板图片，求出每组摄像机中的左摄像机与标定板坐标系的旋转矩阵；第二步，计算有效区域光刀中心矩阵：(1)该步骤用两组双目系统，通过傅里叶变化求取A组摄像机采集到图片的频谱信息，选择合适的滤波器滤除X方向的光刀频谱信息和X方向的边缘频谱信息；然后，进行逆傅里叶变化，求取Y方向的光刀中心矩阵Center；(2)将A组摄像机采集的背景图片，通过边缘检测算子得到被测物Y方向边缘的二值化矩阵Mask；根据公式Center*(1‑Mask)可得到Y方向有效区域的光刀中心矩阵,对于图片质量较差的光刀位置，采用多级曝光技术，来求取该位置的光刀中心；采用同样的方法，对B组摄像机采集到的数据进行同样的处理，获得B组摄像机X方向的有效光刀中心矩阵；第三步，进行物体三维重建：根据第一步对系统进行的标定过程，获得每组摄像机的标定内参和外参；并且，已经计算出每组摄像机的有效光刀中心矩阵，通过极线校正和双目立体视觉技术，获得每组摄像机三维点云模型；将每组摄像机的三维点云模型转到同一个参考平面坐标系下，然后再利用ICP拼接算法优化，最后形成完整的被测物体的三维点云坐标。