基于单目结构光和旋转平台的三维图像重建方法及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113936099A(43)申请公布日2022.01.14(21)申请号202111168169.4(22)申请日2021.09.30(71)申请人东北大学地址110000辽宁省沈阳市和平区文化路三巷11号(72)发明人曾智康贾同(74)专利代理机构深圳市深联知识产权代理事务所(普通合伙)44357代理人张琪(51)Int.Cl.G06T17/00(2006.01)G06T9/00(2006.01)权利要求书3页说明书14页附图9页(54)发明名称基于单目结构光和旋转平台的三维图像重建方法及系统(57)摘要本发明的基于单目结构光和旋转平台的三维图像重建方法及系统，包括：投射格雷码图像于棋盘格标定板上，根据投影仪和相机的标定原理，获取投影仪和相机之间的标定参数；投射格雷码图像于标定球上，所诉标定球位于旋转平台中心轴上，根据格雷码结构光的原理，利用投影仪和相机之间的标定参数，获取标定球一个侧面的第一点云数据；根据所述第一点云数据，通过球面拟合计算出标定球的球心坐标，获取相机坐标系和旋转平台坐标系的关系；投射格雷码图像于物体上，根据预置角度旋转物体并测量，获取被测物体的多个视角的第二点云数据，所述物体位于所述旋转平台上进行旋转；根据所述预置角度对所有的所述第二点云数据进行粗拼接，获取第三点云数据；根据ICP算法所述第三点云数据进行精拼接，获取第四点云数据；根据所述第四CN113936099A点云数据，进行曲面拟合，生成三维模型。CN113936099A权利要求书1/3页1.一种基于单目结构光和旋转平台的三维图像重建方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：A、投射格雷码图像于棋盘格标定板上，根据投影仪和相机的标定原理，获取投影仪和相机之间的标定参数；B、投射格雷码图像于标定球上，所诉标定球位于旋转平台中心轴上，根据格雷码结构光的原理，利用投影仪和相机之间的标定参数，获取标定球一个侧面的第一点云数据；C、根据所述第一点云数据，通过球面拟合计算出标定球的球心坐标，获取相机坐标系和旋转平台坐标系的关系；D、投射格雷码图像于物体上，根据预置角度旋转物体并测量，获取物体的多个视角的第二点云数据，所述物体位于所述旋转平台上进行旋转；E、根据所述预置角度对所有的所述第二点云数据进行粗拼接，获取第三点云数据；F、根据ICP算法所述第三点云数据进行精拼接，获取第四点云数据；G、根据所述第四点云数据，进行表面重建，生成三维模型。2.根据权利要求1所述的一种基于单目结构光和旋转平台的三维图像重建方法，其特征在于，所述步骤A包括：投射格雷码图像于棋盘格标定板上，获取至少三组图像；根据所述至少三组图像，获取投影仪和相机之间的标定参数，其中，投影仪和相机之间的标定参数包括投影仪内参Kp、相机内参Kc、投影仪和相机之间的旋转矩阵Rc←p和投影仪和相机之间的平移向量Tc←p。3.根据权利要求2所述的一种基于单目结构光和旋转平台的三维图像重建方法，其特征在于，所述投影仪内参Kp为：相机内参Kc为：投影仪坐标系Op和相机坐标系Oc之间的关系函数为：4.根据权利要求1所述的一种基于单目结构光和旋转平台的三维图像重建方法，其特征在于，所述步骤B包括：投射格雷码图像于标定球上，获取被标定球表面调制的编码图像，其中，格雷码图像上每一个像素对应的码值都是唯一的；对所述编制图像进行解码，获得投影仪像素和相机像素之间的映射关系，然后根据所述标定参数，利用三角测量原理，计算出格雷码图像上标定球每一个像素对应的点在相机2CN113936099A权利要求书2/3页坐标系下的三维坐标，获得标定球一个侧面的第一点云数据。5.根据权利要求1所述的一种基于单目结构光和旋转平台的三维图像重建方法，所述步骤C包括以下步骤：C1、根据最小二乘法对第一点云数据进行拟合，获得标定球的球心在相机坐标系下的坐标；C2、根据标定球的球心在相机坐标系下的坐标，获取相机坐标系和旋转平台坐标系的关系，其中，设定相机坐标系和旋转平台坐标系保持同一朝向。6.根据权利要求5所述的一种基于单目结构光和旋转平台的三维图像重建方法，所述步骤C1包括：标记所述第一点云数据在相机坐标系下的坐标为点集：{(xi，yi，zi)}i＝1，2，3...n；根据残差和公式，其中，标定球的球心在相机坐标系下的坐标为(a，b，c)，标定球半径为r；：残差和分别对参数求偏导：将所述第一点云数据在相机坐标系下的坐标代入各个残差和偏导，令值为0，构造方程组：求解偏导方程组得到标定球的球心坐标(a，b，c)和半径r。7.根据权利要求6所述的一种基于单目结构光和旋转平台的三维图像重建方法，其特征在于，所述步骤C2包括：根据标定球的球心在相机坐标系下的坐标(a，b，c)，获取相机坐标