一種基于圖像融合的多線結(jié)構(gòu)光三維測量方法
【專利摘要】本發(fā)明所述的一種基于圖像融合的多線結(jié)構(gòu)光三維測量方法涉及一種使用了圖像融合技術(shù)的多目線結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)。通過將各攝像機(jī)采集到的圖像裝換到主攝像機(jī)的成像平面，進(jìn)行圖像融合，降低了由于光線反射等因素對(duì)光帶圖像的影響，便于更精確的提取光心坐標(biāo)，提高測量精度。
【專利說明】一種基于圖像融合的多線結(jié)構(gòu)光三維測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種使用了圖像融合技術(shù)的多目線結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]線結(jié)構(gòu)光作為一種高精度的非接觸式三維測量技術(shù)，在各方面都得到了日益廣泛的應(yīng)用。但當(dāng)結(jié)構(gòu)光照射到測量物體表面時(shí)，會(huì)由于種種原因照成反射，導(dǎo)致最終圖像傳感器得到的圖像存在缺陷，難以準(zhǔn)確的確定結(jié)構(gòu)光的光心位置，使得測量的精度難以提高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本分明針對(duì)上述缺陷，采用兩個(gè)以上的攝像機(jī)，從不同角度對(duì)結(jié)構(gòu)光照射到的被測物體進(jìn)行觀測成像，以某一個(gè)相機(jī)作為主攝像機(jī)，依據(jù)攝像機(jī)以及結(jié)構(gòu)光之間的幾何關(guān)系，將其它攝像機(jī)得到的圖像轉(zhuǎn)換到主攝像機(jī)得到的圖像坐標(biāo)中，進(jìn)行圖像融合，從而彌補(bǔ)單個(gè)攝像機(jī)的成像缺陷，得到高質(zhì)量的觀測圖像，從而更為準(zhǔn)確的確定光心的位置，達(dá)到提高測量精度的目的。
[0004]本發(fā)明所所提出的一種基于圖像融合的多線結(jié)構(gòu)光三維測量方法，具有如下步驟：
A.對(duì)系統(tǒng)進(jìn)彳丁標(biāo)定的?呆作，標(biāo)定各攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)，選定王攝像機(jī)，以王攝像機(jī)的攝像機(jī)坐標(biāo)系為基準(zhǔn)標(biāo)定各線結(jié)構(gòu)光光平面的位置和方向，以主攝像機(jī)的攝像機(jī)坐標(biāo)系為基準(zhǔn)標(biāo)定其它攝像機(jī)與主攝像機(jī)之間的位置和光軸方向；
B.各攝像機(jī)采集多線結(jié)構(gòu)光投影生成的被測物體圖像；
C.對(duì)各攝像機(jī)采集到的圖像進(jìn)行圖像處理，分割提取出光帶圖像，并將這些光帶圖像編號(hào);
D.對(duì)各攝像機(jī)采集到的光帶圖像進(jìn)行圖像特征匹配，建立各各攝像機(jī)采集到的光帶圖像之間的像素點(diǎn)級(jí)別的對(duì)應(yīng)關(guān)系；
Ε.以雙目或多目立體成像的原理，依據(jù)攝像機(jī)、線結(jié)構(gòu)光光平面之間的位置、方向的幾何關(guān)系，將光帶圖像與生成光帶圖像的線結(jié)構(gòu)光平面對(duì)應(yīng)關(guān)系確定下來；
F.依據(jù)攝像機(jī)、線結(jié)構(gòu)光光平面之間的位置、方向的幾何關(guān)系，建立主攝像機(jī)以外其余攝像機(jī)成像平面坐標(biāo)系與主攝像機(jī)的成像平面坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系；
G.將主攝像機(jī)以外其余攝像機(jī)得到的光帶圖像以像素點(diǎn)為單位變換到主攝像機(jī)的成像平面坐標(biāo)系上，并通過對(duì)其進(jìn)行重新采樣、插值生成基于主攝像機(jī)的成像平面坐標(biāo)系的光帶圖像；
H.將主攝像機(jī)采集到的光帶圖像與上一步得到的光帶圖像進(jìn)行圖像融合處理，得到更為優(yōu)質(zhì)的光帶圖像；
I.以上一步得到的光帶圖像提取圖像光心，依據(jù)光帶圖像與線結(jié)構(gòu)光光平面對(duì)應(yīng)關(guān)系、主攝像機(jī)與線結(jié)構(gòu)光光平面的位置和方向關(guān)系，通過集合計(jì)算求解得出被測物體的表面輪廓。
[0005]采用上述的技術(shù)方案，可以減弱由于物體表面反射等因素造成的成像缺陷，便于更為準(zhǔn)確的找到線結(jié)構(gòu)光投影光帶中心，能夠更為精確的對(duì)被測物體表面進(jìn)行測量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖I為一種雙目線結(jié)構(gòu)光掃描系統(tǒng)不意圖，
圖2為左攝像機(jī)得到的圖像，
圖3為右攝像機(jī)得到的圖像，
圖4為圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0007]以下以雙目線結(jié)構(gòu)光掃描系統(tǒng)為例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0008]圖I為一種雙目線結(jié)構(gòu)光掃描系統(tǒng)的原理圖,其中LPl和LP2為線結(jié)構(gòu)光投射出的光刀平面，這兩個(gè)光刀平面互相平行，其在被測物體上形成的投影在被攝像機(jī)接受，形成圖像用于測量被測物體輪廓。（\-XYZ為左側(cè)攝像機(jī)的攝像機(jī)坐標(biāo)系，Oe-XYZ為左側(cè)攝像機(jī)的攝像機(jī)坐標(biāo)系，XOlZ平面與XOkZ平面共面，直線OA垂直于LPl與LP2平面。MGl與IMG2為左、右側(cè)攝像機(jī)攝像機(jī)的成像平面。
[0009]使用本發(fā)明的方法進(jìn)行測量時(shí)，按如下步驟進(jìn)行：
A.對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定的操作，標(biāo)定左、右攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)，選定左側(cè)攝像機(jī)為主攝像機(jī)，以主攝像機(jī)的攝像機(jī)坐標(biāo)系為基準(zhǔn)標(biāo)定各線結(jié)構(gòu)光光平面的位置和方向，以主攝像機(jī)的攝像機(jī)坐標(biāo)系為基準(zhǔn)標(biāo)定其它攝像機(jī)與主攝像機(jī)之間的位置和光軸方向，以及直線(\0K長度、直線(\z與LPl平面夾角、直線OkZ與LPl平面夾角、點(diǎn)與LPl平面距離、點(diǎn)與LP2平面距離等參數(shù)；
B.左、右攝像機(jī)采集多線結(jié)構(gòu)光投影生成的被測物體圖像（圖2和圖3)；
C.對(duì)各攝像機(jī)采集到的圖像進(jìn)行圖像處理，分割提取出光帶圖像，并將這些光帶圖像編號(hào)；如圖2、3中就可以得到四個(gè)光帶圖像，分別編號(hào)為A1、A2、A3、A4 ；
D.對(duì)各攝像機(jī)采集到的光帶圖像進(jìn)行圖像特征匹配，建立各攝像機(jī)采集到的光帶圖像之間的像素點(diǎn)級(jí)別的對(duì)應(yīng)關(guān)系；如圖2、3中Al與A3的上端點(diǎn)為特征點(diǎn)且彼此對(duì)應(yīng)，Al與A3的下端點(diǎn)為特征點(diǎn)且彼此對(duì)應(yīng)，A2與A4的上端點(diǎn)為特征點(diǎn)且彼此對(duì)應(yīng)，A2與A4的下端點(diǎn)為特征點(diǎn)且彼此對(duì)應(yīng)；
E.以雙目立體成像的原理，依據(jù)攝像機(jī)、線結(jié)構(gòu)光光平面之間的位置、方向的幾何關(guān)系，將光帶圖像與生成光帶圖像的線結(jié)構(gòu)光平面對(duì)應(yīng)關(guān)系確定下來；如Al、A3為線結(jié)構(gòu)光平面LPl所生成，A2、A4為線結(jié)構(gòu)光平面LP2所生成；
F.依據(jù)攝像機(jī)、線結(jié)構(gòu)光光平面之間的位置、方向的幾何關(guān)系，建立主攝像機(jī)以外其余攝像機(jī)成像平面坐標(biāo)系與主攝像機(jī)的成像平面坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系；圖4為圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換不意圖，圖中Oe為左、右攝像機(jī)坐標(biāo)系光心，P為空間中的實(shí)際點(diǎn)，PL> Pr為P點(diǎn)左、右攝像機(jī)成像平面上的像點(diǎn)，MM為產(chǎn)生P點(diǎn)投影的線投影光平面與左側(cè)攝像機(jī)的攝像機(jī)坐標(biāo)系（(\-XYZ) XOlZ平面的交線，直線0(\、OOe為左、右攝像機(jī)的光軸，根據(jù)上述幾何關(guān)系得出右攝像機(jī)成像平面坐標(biāo)系與左攝像機(jī)的成像平面坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系，即根據(jù)Pk點(diǎn)在右側(cè)攝像機(jī)成像平面上的坐標(biāo)計(jì)算出右攝像機(jī)平面上的圖像轉(zhuǎn)換到右攝像機(jī)平面時(shí)，Pe點(diǎn)在左側(cè)攝像機(jī)成像平面上的坐標(biāo)；
G.將主攝像機(jī)以外其余攝像機(jī)得到的光帶圖像以像素點(diǎn)為單位變換到主攝像機(jī)的成像平面坐標(biāo)系上，并通過對(duì)其進(jìn)行重新采樣、插值生成基于主攝像機(jī)的成像平面坐標(biāo)系的光帶圖像；依據(jù)前一步得到的變換關(guān)系，將攝像機(jī)得到的光帶圖像A3、A4的所有像素點(diǎn)的坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換為左攝像機(jī)成像平面下的坐標(biāo)值，并通過采樣、插值的方式生成光帶圖像A3、A4在左攝像機(jī)成像平面的變換圖像；
H.將主攝像機(jī)采集到的光帶圖像與上一步得到的光帶圖像進(jìn)行圖像融合處理，得到更為優(yōu)質(zhì)的光帶圖像；將光帶圖像A1、A2與上一步生成的光帶圖像A3、A4在左攝像機(jī)成像平面的變換圖像進(jìn)行圖像融合處理，得到高質(zhì)量的光帶圖像；
I.以上一步得到的光帶圖像提取圖像光心，依據(jù)光帶圖像與線結(jié)構(gòu)光光平面對(duì)應(yīng)關(guān)系、主攝像機(jī)與線結(jié)構(gòu)光光平面的位置和方向關(guān)系，通過集合計(jì)算求解得出被測物體的表面輪廓。
[0010]通過上述方法得到的光帶圖像，其光強(qiáng)分布更少受到光線反射及各種因素影響，可以更精確的提取光心的位置，提高測量精度。
【權(quán)利要求】
1.一種基于圖像融合的多線結(jié)構(gòu)光三維測量方法，其特征在于，處理步驟包括:E、找出光帶圖像與生成光帶圖像的線結(jié)構(gòu)光平面對(duì)應(yīng)關(guān)系；G、將各攝像機(jī)采集到的光帶圖像通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和圖像采樣、插值變換為主攝像機(jī)的成像平面上的光帶圖像。
【文檔編號(hào)】G01B11/245GK104296690SQ201410571411
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】肖華軍, 侯力, 游云霞 申請人:四川大學(xué)