基于线结构光的三维影像测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103438832A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103438832103438832A(43)申请公布日2013.12.11(21)申请号201310390389.0(22)申请日2013.08.30(71)申请人解则晓地址266000山东省青岛市崂山区松岭路238号(72)发明人解则晓(74)专利代理机构青岛发思特专利商标代理有限公司37212代理人巩同海(51)Int.Cl.G01B11/25(2006.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书4页说明书4页附图4页附图4页(54)发明名称基于线结构光的三维影像测量方法(57)摘要本发明涉及一种，尤其是一种基于线结构光的三维影像测量方法。该方法不仅能利用线结构光的原理快速获取物体表面上的三维数据，同时还能获取空间物体的精确的边缘轮廓数据；同时，该方法步骤简单，在硬件上，只需在现有的三维影像测量仪上增加环形LED光源即可实现。CN103438832ACN103482ACN103438832A权利要求书1/2页1.一种基于线结构光的三维影像测量方法，其特征在于包括以下步骤：（1）关闭环形LED光源（4），打开线结构光投射器（3），线结构光投射器（3）发出的平面与被测物体相交产生一条激光光条，摄像机（1）拍摄该光条的图像，对该光条的图像进行处理从而获得激光光条的中心位置，该中心位置通过O″uv坐标系的像素坐标（u,v）表示；（2）关闭线结构光投射器（3），打开环形LED光源（4），摄像机（1）获取被测物体的图像，对该图像进行亚像素边缘提取，得到物体特征的精确的图像信息；（3）将步骤（1）的激光光条中心和步骤（2）中物体的亚像素边缘相交得到两个点P和Q，P点和Q点既在激光光条内，又在物体的边缘上，也就是说P点和Q点是在光条上的边缘点，重复上述三个步骤即可得到获取物体边缘轮廓的二维像面坐标；（4）通过线结构光内参数标定可以根据二维像面坐标得到光平面中的二维坐标，OsXsYs是光平面中的二维坐标系；（5）通过三维影像测量仪的外参数标定可以将光平面中的二维坐标转换到运动机构的三维坐标系中，从而实现三维扫描测量，OmXmYmZm是运动机构的三维坐标系。2.根据权利要求1所述的基于线结构光的三维影像测量方法，其特征在于：所述激光光条中心的提取采用重心法，即投射到物体上的激光光条的亮度近似高斯分布，中间最亮，向两边逐渐变暗，Ni-2到Ni+2是光条上像素位置，Vi-2到Vi+2是对应像素的灰度值，则重心法公式如下：3.根据权利要求1所述的基于线结构光的三维影像测量方法，其特征在于：所述所述图像亚像素边缘提取采用基于灰度差重心的亚像素算法，设边缘处的灰度值为gi(i=-3,-2,…,3)，相应的灰度差值表示为：点P(x,y)为像素级边缘点，点P沿扫描方向选取邻域像素点，对包括P点在内的像素点分别求灰度差fi(i=-2,-1,…,2)，图像灰度变化最大的地方由fi关于灰度差坐标i的重心表示，对于左像素级边缘点来说，亚像素边缘提取公式如下：4.根据权利要求1所述的基于线结构光的三维影像测量方法，其特征在于：所述内参数的标定过程中，物体边缘点的二维像面坐标确定后，通过f(Pr)＝P2d公式得到光平面内的二维坐标，其中Pr是物体边缘点的二维像面坐标，f是该测量仪内参数所对应的函数，P2d是转换后再光平面中的二维坐标。5.根据权利要求1所述的基于线结构光的三维影像测量方法，其特征在于：所述三维2CN103438832A权利要求书2/2页影像测量仪的外参数共有6个分量，包括3个平移分量和3个旋转分量，其中三个平移分量为三维影像测量仪工作原点在世界坐标系中的位置，3个旋转分量为三维影像测量仪一维或二维坐标系相对于世界坐标系的三个旋转角度，设平移分量为M，旋转分量为Q，世界坐标系下的三维坐标系为P3d，则从光平面二维坐标到世界坐标系下的三维坐标为P3d＝QP2d+M。6.根据权利要求1或5所述的基于线结构光的三维影像测量方法，其特征在于：所述三维影像测量仪包括线结构光投射器（3）和摄像机（1），线结构光投射器（3）和摄像机（1）固定在同一个水平基座上，线结构光投射器（3）、摄像机（1）与水平基座一起封装在机壳内，线结构光投射器（3）的投射方向与摄像机（1）的光轴方向的夹角为30°～35°，线结构光投射器（3）的出光孔到摄像机像面中心的距离为90mm～100mm之间，摄像机镜头的前端安装由LED制成的环形LED光源（4）。3CN103438832A说明书1/4页基于线结构光的三维影像测量方法技术领域[0001]本发明涉及一种，尤其是一种基于线结构光的三维影像测量方法。背景技术[0002]现有技术中，线结构光测头已经在逆向工程和质量控制