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(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CN105953747A(43)申请公布日2016.09.21(21)申请号201610403223.1(22)申请日2016.06.07(71)申请人杭州电子科技大学地址310018浙江省杭州市经济技术开发区白杨街道2号大街1号(72)发明人陈庆光黄璋科(74)专利代理机构杭州千克知识产权代理有限公司33246代理人周希良(51)Int.Cl.G01B11/25(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称结构光投影全视角三维成像系统及方法(57)摘要本发明公开了结构光投影全视角三维成像系统及方法。本发明结构光投影全视角三维成像系统包括相机、结构光投影装置、旋转台、电机、驱动器、计算机、固定支架,固定支架上安装相机、结构光投影装置,相机、结构光投影装置都与计算机相联接,计算机通过驱动器与电机相联;旋转台呈圆形,圆心处与电机的电机轴垂直固定连接;旋转台之上用于放置待测物体。本发明能实现高分辨率测量物体表面轮廓特征,能对物体进行全自动全视角三维轮廓测量,测量系统结构简单、维护方便,不仅适用于一般工作场景和需求,还适用于快速高精度的场合。CN105953747ACN105953747A权利要求书1/2页1.结构光投影全视角三维成像系统,其特征是包括相机、结构光投影装置、旋转台、电机、驱动器、计算机、固定支架,固定支架上安装相机、结构光投影装置,相机、结构光投影装置都与计算机相联接,计算机通过驱动器与电机相联;旋转台呈圆形,圆心处与电机的电机轴垂直固定连接;旋转台之上用于放置待测物体。2.如权利要求1所述结构光投影全视角三维成像系统,其特征是:所述的结构光投影装置选用投影出光栅图案的数字投影仪或投影灯。3.如权利要求1所述结构光投影全视角三维成像系统,其特征是:所述旋转台的最小旋转角度与待测物体表面到旋转轴中心距离的乘积小于当前相机放大倍数与相元大小的乘积。4.如权利要求1-3任一项所述结构光投影全视角三维成像系统,其特征是:利用相机采集图像并将图像信息送入计算机;相机采集图像:通过控制旋转台按一定规律旋转,利用相机采集不同旋转角度下待测物体表面的变形光栅图案,待测物体旋转一周即完成一组图像采集,控制电机转动一角度后,再重复上述过程采集另一组图像并送入计算机处理。5.如权利要求4所述结构光投影全视角三维成像系统,其特征是:计算机利用傅里叶变换轮廓术得到相位差分布,再根据光学三角法得到的高度-相位映射关系即能得出待测物体相对于参考平面的高度信息。6.如权利要求5所述结构光投影全视角三维成像系统,其特征是:利用傅里叶变换轮廓术提取参考平面条纹和变形条纹的基频信息并进行傅里叶逆变换,得到待测物体高度分布所对应的相位信息;通过相位解包裹算法处理得到连续相位分布,并根据高度-相位映射关系实现各个图像所在区域的表面轮廓重建;光学三角法求取高度-相位映射关系是根据光学三角法原理是指通过几何推导的方法求取物体真实高度与被物体表面高度调制而形成的相位差之间的关系,通过推倒求得物体高度与相位的映射关系为其中,l是相机光心到参考平面的距离,d是相机光心和投影装置透镜中心的距离,T是光栅的周期,Δφ(x,y)是变形条纹与参考条纹之间的相位差,当通过标定求出相机内外参数后,求出Δφ(x,y)能得到待测物体的深度信息。7.如权利要求6所述结构光投影全视角三维成像系统,其特征是:通过相机标定,将所得高度信息转化到世界坐标系下点云坐标;标定是通过相机标定求取相机内、外参数及畸变参数,实现像素坐标系到世界坐标系的转化,通过旋转轴标定实现世界坐标系到物体坐标系的转化;相机的标定采用标准圆点标定板,且将标定板放置于与相机光轴垂直的平面上,根据相机像平面与标定平面的单应性及建立起图像坐标系与世界坐标系之间的关系,而待测物体的深度信息由傅里叶变换轮廓术求得;因旋转轴与参考平面平行,则建立起以旋转轴为竖轴的物体坐标系与世界坐标系之间只需一个平移矩阵即可完成转化。8.如权利要求7所述结构光投影全视角三维成像系统,其特征是:利用电机控制旋转台带动待测物体旋转固定角度,得到不同角度下的点云结果,再根据回转角度进行拼接即能得到物体的全视角三维轮廓信息。2CN105953747A权利要求书2/2页9.如权利要求8所述结构光投影全视角三维成像系统,其特征是:单视场下表面轮廓重建将由傅里叶变换轮廓术得到的相位分布结果代入三角法原理得到的高度-相位映射关系即能得到当前视场下各个像素点所对应的高度信息,通过相机标定结果将像素坐标下的结果转化为世界坐标系下的点云数据信息;不同角度点云数据拼接是将得到各个角度的单视场下的表面轮廓重建结果通过平移、旋转还原到物体坐标系下的点云数据即可完成全视角点云拼接,而当