本發(fā)明涉及三維形貌數(shù)字化測量技術(shù)領(lǐng)域，更具體的涉及一種用于逆向工程的三維形貌數(shù)字化測量系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

三維形貌測量，是通過對(duì)待測量物體進(jìn)行三維攝像，采集數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行精密地計(jì)算。當(dāng)前對(duì)于三維數(shù)字形貌測量的研究十分重視，以三維數(shù)字成像系統(tǒng)為基礎(chǔ)，光學(xué)動(dòng)態(tài)三維測量儀利用三維建模軟件，構(gòu)建了三維數(shù)字化成像的數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)，從前端三維數(shù)據(jù)的獲取到后端CAD實(shí)體模型的重構(gòu)，形成了完整系統(tǒng)的數(shù)字化設(shè)計(jì)流程。逆向工程是利用現(xiàn)有物體的形狀，通過精密測量得到外形尺寸，經(jīng)過進(jìn)一步修繕后再投入生產(chǎn)，得到全新的產(chǎn)品。在當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展的條件之下，逆向工程的應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴(kuò)大，將三維數(shù)字形貌測量應(yīng)用于逆向工程已成為一種趨勢(shì)。

現(xiàn)有技術(shù)中，三維數(shù)字形貌測量和逆向工程在各自的領(lǐng)域已取得了一定的成果，但是，并沒有將三維數(shù)字形貌測量和逆向工程結(jié)合應(yīng)用的技術(shù)出現(xiàn)。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中的三維形貌數(shù)字化測量技術(shù)，存在沒有將三維數(shù)字形貌測量和逆向工程相結(jié)合應(yīng)用的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供一種用于逆向工程的三維形貌數(shù)字化測量系統(tǒng)及方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在沒有將三維數(shù)字形貌測量和逆向工程結(jié)合應(yīng)用的技術(shù)出現(xiàn)的問題。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種用于逆向工程的三維形貌數(shù)字化測量系統(tǒng)，包括：三角支架、搖臂云臺(tái)、三維測量儀主機(jī)、投影儀、第一CMOS攝像機(jī)、第二CMOS攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)和3D打印機(jī)；

所述搖臂云臺(tái)設(shè)置在所述三角支架上；所述三維測量儀主機(jī)設(shè)置在所述搖臂云臺(tái)上；所述投影儀、所述第一CMOS攝像機(jī)和第二CMOS攝像機(jī)設(shè)置在所述三維測量儀主機(jī)的頂面上，且所述第一CMOS攝像機(jī)和第二CMOS攝像機(jī)分別對(duì)稱設(shè)置在所述投影儀兩側(cè)；

所述投影儀、所述第一CMOS攝像機(jī)和所述第二CMOS攝像機(jī)均與所述三維測量儀主機(jī)電連接；

所述投影儀，用于將變頻光柵投影至被測物體上；

所述第一CMOS攝像機(jī)和所述第二CMOS攝像機(jī)，均用于采集變頻光柵投影至被測物體上的圖像數(shù)據(jù)；其中，所述變頻光柵投影至被測物體上的圖像數(shù)據(jù)包括：被測物體的圖像數(shù)據(jù)和含有被測物體高度信息的變形條紋圖像數(shù)據(jù)；

所述計(jì)算機(jī)，用于對(duì)所述被測物體的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行極線約束，確定被測物體在第一CMOS攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系下的點(diǎn)在第二CMOS攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系中的極線方程；用于根據(jù)所述含有被測物體高度信息的變形條紋圖像數(shù)據(jù)，確定含有被測物體高度信息的絕對(duì)相位分布圖；用于根據(jù)所述極線方程、所述絕對(duì)相位分布圖和被測物體的空間點(diǎn)在兩個(gè)CMOS攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)的絕對(duì)相位值相等，在第一CMOS攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系下的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的第二CMOS攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系中的極線方程上尋找絕對(duì)相位值相同的點(diǎn)，確定被測物體的空間點(diǎn)在第一CMOS攝像機(jī)和第二CMOS攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)和被測物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；將被測物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的體外孤點(diǎn)和噪聲點(diǎn)刪除，外孤點(diǎn)和噪聲點(diǎn)，通過對(duì)被測物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝和拼接，確定被測物體的三維圖像；用于對(duì)被測物體的三維圖像進(jìn)行填充和修復(fù)，確定被測物體的三維圖形數(shù)據(jù)；以及用于將被測物體的三維圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D打印機(jī)中，打印出被測物體。

所述計(jì)算機(jī)，用于根據(jù)所述變頻光柵投影至被測物體上的圖像數(shù)據(jù)，確定被測物體在兩個(gè)CMOS攝像機(jī)中的圖像坐標(biāo)系下的點(diǎn)與線的對(duì)應(yīng)關(guān)系和含有被測物體高度信息的絕對(duì)相位數(shù)據(jù)；用于根據(jù)所述被測物體在兩個(gè)CMOS攝像機(jī)中的圖像坐標(biāo)系下的點(diǎn)與線的對(duì)應(yīng)關(guān)系和所述含有被測物體高度信息的絕對(duì)相位數(shù)據(jù)，確定被測物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；用于對(duì)所述被測物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)去除體外孤點(diǎn)和噪聲點(diǎn)，封裝，拼接，填充和修復(fù)，確定被測物體的三維圖形數(shù)據(jù)；以及用于根據(jù)所述被測物體的三維圖形數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)所述3D打印機(jī)打印被測物體。

較佳地，所述三維測量儀主機(jī)的頂面為水平面。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種用于逆向工程的三維形貌數(shù)字化測量方法，包括：

對(duì)用于逆向工程的三維形貌數(shù)字化測量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定；

通過投影儀將變頻光柵投影至被測物體上；

通過第一CMOS攝像機(jī)和第二CMOS攝像機(jī)采集變頻光柵投影至被測物體上的圖像數(shù)據(jù)；其中，所述變頻光柵投影至被測物體上的圖像數(shù)據(jù)包括：被測物體的圖像數(shù)據(jù)和含有被測物體高度信息的變形條紋圖像數(shù)據(jù)；

對(duì)所述被測物體的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行極線約束，確定被測物體在第一CMOS攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系下的點(diǎn)在第二CMOS攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系中的極線方程；

根據(jù)所述含有被測物體高度信息的變形條紋圖像數(shù)據(jù)，確定含有被測物體高度信息的絕對(duì)相位分布圖；

根據(jù)所述極線方程、所述絕對(duì)相位分布圖和被測物體的空間點(diǎn)在第一CMOS攝像機(jī)和第二CMOS攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)的絕對(duì)相位值相等，在第一CMOS攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系下的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的第二CMOS攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系中的極線方程上尋找絕對(duì)相位值相同的點(diǎn)，確定被測物體的空間點(diǎn)在第一CMOS攝像機(jī)和第二CMOS攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)和被測物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

從被測物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中刪除體外孤點(diǎn)和噪聲點(diǎn)，通過對(duì)被測物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝和拼接，確定被測物體的三維圖像；

對(duì)被測物體的三維圖像進(jìn)行填充和修復(fù)，確定被測物體的三維圖形數(shù)據(jù)；

將被測物體的三維圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D打印機(jī)中，打印出被測物體。

較佳地，通過兩個(gè)CMOS攝像機(jī)對(duì)被測物體的前后左右上下至少六個(gè)面采集變頻光柵投影至被測物體上的圖像數(shù)據(jù)。

本發(fā)明實(shí)施例中，提供一種用于逆向工程的三維形貌數(shù)字化測量系統(tǒng)及方法，該發(fā)明通過投影儀將變頻光柵投影至被測物體上；通過對(duì)稱設(shè)置在投影儀兩側(cè)的兩個(gè)CMOS攝像機(jī)采集變頻光柵投影至被測物體上的圖像數(shù)據(jù)；以及通過極線幾何約束和物體的絕對(duì)相位值進(jìn)行同名點(diǎn)查找；即根據(jù)極線幾何約束可以確定兩臺(tái)攝像機(jī)中的圖像坐標(biāo)系下的點(diǎn)與線的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在這樣的基礎(chǔ)之上，根據(jù)物體的同名點(diǎn)的絕對(duì)相位數(shù)值相等的條件，在該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的另一個(gè)攝像機(jī)圖像坐標(biāo)系中的極線方程上進(jìn)行尋找，便可找到絕對(duì)值相同的點(diǎn)，完成同名點(diǎn)的相互匹配；通過在完整的絕對(duì)相位圖中尋找對(duì)應(yīng)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)全場對(duì)應(yīng)點(diǎn)的匹配，進(jìn)而獲得三維點(diǎn)云數(shù)；對(duì)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)去除體外孤點(diǎn)和噪聲點(diǎn)、封裝和拼接，確定被測物體的三維圖像；對(duì)被測物體的三維圖像進(jìn)行填充和修復(fù)，確定被測物體的三維圖形數(shù)據(jù)；將被測物體的三維圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D打印機(jī)中，打印出被測物體；即完整的給出了將三維數(shù)字形貌測量應(yīng)用于逆向工程的技術(shù)，為三維數(shù)字形貌測量和逆向工程的結(jié)合應(yīng)用提供了事實(shí)依據(jù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于逆向工程的三維形貌數(shù)字化測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于逆向工程的三維形貌數(shù)字化測量方法流程圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于逆向工程的三維形貌數(shù)字化測量方法中雙目立體視覺幾何關(guān)系示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于逆向工程的三維形貌數(shù)字化測量方法中相位展開原理圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于逆向工程的三維形貌數(shù)字化測量方法中同名點(diǎn)匹配示意圖。

附圖標(biāo)記說明：

101-三角支架，102-搖臂云臺(tái)，103-三維測量儀主機(jī)，104-投影儀，105-1-第一CMOS攝像機(jī)，105-2-第二CMOS攝像機(jī)，106-計(jì)算機(jī)，107-3D打印機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1示例性的示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于逆向工程的三維形貌數(shù)字化測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該系統(tǒng)包括：三角支架101、搖臂云臺(tái)102、三維測量儀主機(jī)103、投影儀104、第一CMOS攝像機(jī)105-1、第二CMOS攝像機(jī)105-2、計(jì)算機(jī)106和3D打印機(jī)107。

具體地，搖臂云臺(tái)102設(shè)置在三角支架101上；三維測量儀主機(jī)103設(shè)置在搖臂云臺(tái)102上；投影儀104、第一CMOS攝像機(jī)105-1和第二CMOS攝像機(jī)105-2設(shè)置在三維測量儀主機(jī)103的頂面上，且第一CMOS攝像機(jī)105-1和第二CMOS攝像機(jī)105-2分別對(duì)稱設(shè)置在投影儀104兩側(cè)。

較佳地，三維測量儀主機(jī)103的頂面為水平面，保證了測量的準(zhǔn)確性。即三維測量儀主機(jī)103用于確定被測物的三維坐標(biāo)測量數(shù)據(jù)。

需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于逆向工程的三維形貌數(shù)字化測量系統(tǒng)還包括：雙目視覺測量標(biāo)定板，雙目視覺測量標(biāo)定板為高校、研究單位和機(jī)器視覺集成商研制的專用高精度標(biāo)定工具，黑色面板上在特定位置有白色圓點(diǎn)。放在三維測量儀主機(jī)103的前下方，一般和三維測量儀主機(jī)103下面的三腳支架101在同一平面內(nèi)。通過標(biāo)定軟件為三維測量儀主機(jī)103建立三維坐標(biāo)系，系統(tǒng)標(biāo)定之后，待測物體所放置平面即已確定。

需要說明的是，CMOS攝像機(jī)，CMOS主要是通過“硅”和“鍺”這兩種元素做成的半導(dǎo)體材料，通過CMOS上帶正負(fù)電荷的晶體管來實(shí)現(xiàn)功能。其主要功能主要是是對(duì)物體進(jìn)行拍照，采集三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

具體地，投影儀104、第一CMOS攝像機(jī)105-1和第二CMOS攝像機(jī)105-2均與三維測量儀主機(jī)103電連接。

需要說明的是，三維測量儀主機(jī)103控制投影儀104、第一CMOS攝像機(jī)105-1和第二CMOS攝像機(jī)105-2的工作狀態(tài)。

具體地，投影儀104，用于將變頻光柵投影至被測物體上。第一CMOS攝像機(jī)105-1和第二CMOS攝像機(jī)105-2，均用于采集變頻光柵投影至被測物體上的圖像數(shù)據(jù)；其中，所述變頻光柵投影至被測物體上的圖像數(shù)據(jù)包括：被測物體的圖像數(shù)據(jù)和含有被測物體高度信息的變形條紋圖像數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)106，用于對(duì)所述被測物體的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行極線約束，確定被測物體在第一CMOS攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系下的點(diǎn)在第二CMOS攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系中的極線方程；用于根據(jù)所述含有被測物體高度信息的變形條紋圖像數(shù)據(jù)，確定含有被測物體高度信息的絕對(duì)相位分布圖；用于根據(jù)所述極線方程、所述絕對(duì)相位分布圖和被測物體的空間點(diǎn)在兩個(gè)CMOS攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)的絕對(duì)相位值相等，在第一CMOS攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系下的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的第二CMOS攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系中的極線方程上尋找絕對(duì)相位值相同的點(diǎn)，確定被測物體的空間點(diǎn)在第一CMOS攝像機(jī)和第二CMOS攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)和被測物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；將被測物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的體外孤點(diǎn)和噪聲點(diǎn)刪除，外孤點(diǎn)和噪聲點(diǎn)，通過對(duì)被測物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝和拼接，確定被測物體的三維圖像；用于對(duì)被測物體的三維圖像進(jìn)行填充和修復(fù)，確定被測物體的三維圖形數(shù)據(jù)；以及用于將被測物體的三維圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D打印機(jī)107中，打印出被測物體。

需要說明的是，本發(fā)明中用于逆向工程的三維形貌數(shù)字化測量系統(tǒng)的安裝過程：取出三腳架，將三腳架立在穩(wěn)定的地面上；取出搖臂云臺(tái)和云臺(tái)控制手柄，將手柄擰入相應(yīng)的螺紋孔當(dāng)中；將搖臂云臺(tái)裝在之前固定好的三腳架上；將所需要的三維測量儀主機(jī)安裝在搖臂云臺(tái)上，并一定要確保其與云臺(tái)卡緊；將三維測量儀主機(jī)上的攝像機(jī)蓋頭取下，安裝上鏡頭，注意保存好鏡頭蓋，以免丟失；安裝好轉(zhuǎn)向旋鈕。

需要說明的是，云臺(tái)控制手柄有長短之分，不能隨意互換，否則會(huì)造成無法鎖緊的局面；不要把手柄放到主機(jī)的前面；開機(jī)時(shí)先打開風(fēng)扇，再打開投影機(jī)。

需要說明的是，三維非接觸式數(shù)字化測量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于操作簡單，無損傷，精度高，代表著三維形貌數(shù)字化測量技術(shù)的發(fā)展方向，在結(jié)構(gòu)光基礎(chǔ)之上的三維形貌數(shù)字化測量技術(shù)是三維非接觸測量技術(shù)的一個(gè)下設(shè)方向，該測量方法以被測物體的相位值作為基本特征信息進(jìn)行對(duì)應(yīng)點(diǎn)的匹配，從而求解出該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的三維空間具體坐標(biāo)，這是與其他測量技術(shù)的一個(gè)不同之處。

圖2示例性的示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于逆向工程的三維形貌數(shù)字化測量方法流程圖。如圖2所示，該方法包括：

步驟101：對(duì)用于逆向工程的三維形貌數(shù)字化測量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定。

步驟102：通過投影儀將變頻光柵投影至被測物體上。

步驟103：通過第一CMOS攝像機(jī)和第二CMOS攝像機(jī)采集變頻光柵投影至被測物體上的圖像數(shù)據(jù)；其中，所述變頻光柵投影至被測物體上的圖像數(shù)據(jù)包括：被測物體的圖像數(shù)據(jù)和含有被測物體高度信息的變形條紋圖像數(shù)據(jù)。

步驟104：對(duì)所述被測物體的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行極線約束，確定被測物體在第一CMOS攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系下的點(diǎn)在第二CMOS攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系中的極線方程。

步驟105：根據(jù)所述含有被測物體高度信息的變形條紋圖像數(shù)據(jù)，確定含有被測物體高度信息的絕對(duì)相位分布圖。

步驟106：根據(jù)所述極線方程、所述絕對(duì)相位分布圖和被測物體的空間點(diǎn)在第一CMOS攝像機(jī)和第二CMOS攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)的絕對(duì)相位值相等，在第一CMOS攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系下的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的第二CMOS攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系中的極線方程上尋找絕對(duì)相位值相同的點(diǎn)，確定被測物體的空間點(diǎn)在第一CMOS攝像機(jī)和第二CMOS攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)和被測物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

步驟107：從被測物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中刪除體外孤點(diǎn)和噪聲點(diǎn)，通過對(duì)被測物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝和拼接，確定被測物體的三維圖像。

步驟108：對(duì)被測物體的三維圖像進(jìn)行填充和修復(fù)，確定被測物體的三維圖形數(shù)據(jù)。

步驟109：將被測物體的三維圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D打印機(jī)中，打印出被測物體。

較佳地，通過兩個(gè)CMOS攝像機(jī)對(duì)被測物體的前后左右上下至少六個(gè)面采集變頻光柵投影至被測物體上的圖像數(shù)據(jù)。

對(duì)于步驟S101，本發(fā)明中對(duì)系統(tǒng)標(biāo)定的具體過程如下：

打開三維測量軟件開始記錄兩臺(tái)CMOS攝像機(jī)采集到的圖像，打開事先做好的測試圖，投射測試圖至白紙上，調(diào)整投影儀鏡頭焦距使測試圖中的文字調(diào)至最清晰。投影十字光條到白紙上，調(diào)整兩臺(tái)CMOS攝像機(jī)的光心與十字光條中心重合，將標(biāo)定靶放置在兩臺(tái)CMOS攝像機(jī)視場中央，投影白光，查看CMOS攝像機(jī)采集效果，調(diào)整標(biāo)定靶位置，防止因標(biāo)定靶面的漫反射引起過曝現(xiàn)象導(dǎo)致標(biāo)定失敗，靶圖采集時(shí)在擺放標(biāo)定靶過程中，通過軟件視圖觀察，必須使得標(biāo)定靶面上的所有圓都能通過兩臺(tái)CMOS攝像機(jī)全部采集到方可進(jìn)行采集并保存，依次進(jìn)行“標(biāo)定靶圖讀取”、“左標(biāo)定圖圓心提取”、“右標(biāo)定圖圓心提取”、“左攝像機(jī)標(biāo)定”、“右攝像機(jī)標(biāo)定”和“系統(tǒng)立體標(biāo)定”，從而完成系統(tǒng)的標(biāo)定。

需要說明的是，在標(biāo)定過程中會(huì)出現(xiàn)攝像頭對(duì)待測量物體圖像捕捉不全面，有部分信息缺失或存在殘缺。對(duì)此問題，在標(biāo)定過程中需要用黑色物體(不會(huì)反光)將待測量物體適當(dāng)墊起，使待測物體盡可能與攝像頭平行，進(jìn)而受光均勻，可以更好地讓攝像頭捕捉到最為充分的信息。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于逆向工程的三維形貌數(shù)字化測量方法中雙目立體視覺幾何關(guān)系示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于逆向工程的三維形貌數(shù)字化測量方法中相位展開原理圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于逆向工程的三維形貌數(shù)字化測量方法中同名點(diǎn)匹配示意圖。

對(duì)于步驟S102～S106，本發(fā)明中尋找對(duì)應(yīng)點(diǎn)的具體過程如下：

在求解被測物體點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)的過程中，應(yīng)當(dāng)先尋找到空間點(diǎn)在左右攝像機(jī)像面上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)位置(在雙目立體視覺系統(tǒng)中，對(duì)應(yīng)點(diǎn)的尋找與極線幾何密切相關(guān))。如圖3所示，假若設(shè)p₁，p_r是空間中同一點(diǎn)p在左右兩個(gè)攝像機(jī)圖像上的投影點(diǎn)，那么就稱p₁，p_r的關(guān)系是互為對(duì)應(yīng)點(diǎn)。

假若已知p₁位于圖像I₁的具體位置，那么在圖像I_r內(nèi)p_l所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)就位于它在圖像I_r內(nèi)的極線上，也就是說p_r一定在直線e_rp_r上，反之亦然，極線約束是雙目立體視覺的一個(gè)重要特征，它給出了對(duì)應(yīng)點(diǎn)重要的約束條件，將對(duì)應(yīng)點(diǎn)匹配從整幅圖像尋找壓縮到在一條直線上尋找對(duì)應(yīng)點(diǎn)。因此，極線約束極大地減少了搜索范圍，對(duì)對(duì)應(yīng)點(diǎn)匹配具有重要的指導(dǎo)作用。

為了獲取物體的相位，投影裝置需要把一組正弦條紋結(jié)構(gòu)光投射在待測物體的表面，攝像機(jī)捕捉到含有被測物體高度信息的變形條紋圖后，就要對(duì)變形后的條紋圖進(jìn)行相位值的計(jì)算。其過程分為以下兩個(gè)階段：第一階段是對(duì)于相位的解調(diào)，即從被調(diào)制的條紋圖中求解含有被測物體高度信息的相位值；第二階段是對(duì)于相位的展開。因此，有必要對(duì)此做展開恢復(fù)的工作，以便得到絕對(duì)相位值，保證相位值的唯一性。

為了便于求解，在計(jì)算機(jī)上自動(dòng)生成沿x軸方向正弦變化的條紋結(jié)構(gòu)光，以此作為投影圖案。則光強(qiáng)分布就表示為：

I₀＝A₀cos(2πf₀x) (1)

式(1)中，I₀為入射結(jié)構(gòu)光光強(qiáng)；A₀為入射結(jié)構(gòu)光振幅；f₀為入射光頻率。

通過投影儀把條紋投影到物體表面上，在物體表面高度調(diào)制后，攝像機(jī)捕捉到的變形條紋光強(qiáng)分布就表示為：

式(2)中，I(x,y)為記錄到的物面光強(qiáng)；α(x,y)為背景光強(qiáng)分布；b(x,y)為條紋的局部對(duì)比度；f₁為載波頻率；φ(x,y)為與物體外表面相關(guān)的相位因子。

相位解調(diào)就是就是要解碼含有物體表面高度信息的相位函數(shù)φ(x,y)，倘若相移次數(shù)為N時(shí)，每幅投射到物體表面的條紋結(jié)構(gòu)光的相位偏移量為2Kπ/N，條紋光強(qiáng)就表示為：

式(3)中，I_N+1(x,y)為相移次數(shù)N時(shí)的條紋光強(qiáng)；N為相移次數(shù)；k＝1,2,3...N-1。

由公式(3)可算出相位值φ(x,y)

由(4)式可知，通過K×u(t₁)對(duì)條紋數(shù)為t2的編碼條紋圖所得到的折疊相位進(jìn)行展開。

在兩臺(tái)攝像機(jī)從不同方位捕獲到物體的絕對(duì)相位分布后，任一物點(diǎn)P處的絕對(duì)相位數(shù)值都可以作為標(biāo)記出現(xiàn)在雙攝像機(jī)的絕對(duì)相位分布中。同名點(diǎn)匹配實(shí)際上就是建立左攝像機(jī)中像點(diǎn)P₁(x_p1,y_p1)和右攝像機(jī)像點(diǎn)P₂(x_p2,y_p2)的對(duì)應(yīng)的關(guān)系。假設(shè)P₁(x_p1,y_p1)、P₂(x_p2,y_p2)對(duì)應(yīng)的絕對(duì)相位數(shù)值為(φ_1x,φ_1y)、(φ_2x,φ_2y)，則滿足下式要求：

φ_1x＝φ_2x；φ_1y＝φ_2y (5)

為了能夠快速高效地尋找到對(duì)應(yīng)點(diǎn)，需要利用前述的極線方程進(jìn)行必要的幫助進(jìn)行搜索，如圖5所示，同名點(diǎn)P₁(x_p1,y_p1)與P₂(x_p2,y_p2)有相同的絕對(duì)相位值，對(duì)于左攝像機(jī)圖像上的整像素點(diǎn)P₁(x_p1,y_p1)，在糾正鏡頭畸變之后，首先在右攝像機(jī)成像面上就可以找到具有與φ_1x，φ_1y最接近相位值的四個(gè)整像素對(duì)應(yīng)點(diǎn)。在此過程中，系統(tǒng)所用的感光元素尺寸不是很大，而且相位值呈現(xiàn)線性分布。所以，可以認(rèn)為相鄰的兩個(gè)像素之間的相位值呈現(xiàn)線性分布。利用四個(gè)整體像素點(diǎn)的相位數(shù)值以及p₁的相位數(shù)值φ_1x，φ_1y，利用線性插值方法就能夠得到亞像素的同名匹配點(diǎn)p₂。最后通過在完整的絕對(duì)相位圖中尋找對(duì)應(yīng)點(diǎn)的，就可以實(shí)現(xiàn)全場對(duì)應(yīng)點(diǎn)的匹配，進(jìn)而結(jié)合先前標(biāo)定結(jié)果，獲得三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

需要說明的是，本發(fā)明通過極線幾何約束和物體的絕對(duì)相位值進(jìn)行同名點(diǎn)查找，即根據(jù)極線幾何約束可以確定兩臺(tái)攝像機(jī)中的圖像坐標(biāo)系下的點(diǎn)與線的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在這樣的基礎(chǔ)之上，根據(jù)物體的同名點(diǎn)的絕對(duì)相位數(shù)值相等的條件，在該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的另一個(gè)攝像機(jī)圖像坐標(biāo)系中的極線方程上進(jìn)行尋找，便可找到絕對(duì)值相同的點(diǎn)，完成同名點(diǎn)的相互匹配。

對(duì)于步驟S107～S109，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理和實(shí)物打印的具體過程如下：

打開獲得的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，將體外孤點(diǎn)及與被測物體無關(guān)的噪聲點(diǎn)去掉，然后進(jìn)行封裝，將被測物體所有測量面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)封裝之后進(jìn)行拼接，選取兩相鄰面，在上面選取3個(gè)以上相同點(diǎn)，點(diǎn)擊Geomagic Studio軟件中的手動(dòng)注冊(cè)，并將其中一組數(shù)據(jù)作為固定，另一組數(shù)據(jù)作為浮動(dòng)，這里采用“HAND2L”為固定，“HAND2R”為浮動(dòng)。這樣，在注冊(cè)的時(shí)候“HAND2R”的數(shù)據(jù)根據(jù)“HAND2L”的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，注冊(cè)之后，完成兩組不同場景數(shù)據(jù)的拼接，重復(fù)上述步驟依次對(duì)測得數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，得到被測物體的完整三維圖像，對(duì)所得到的三維圖像進(jìn)行必要的填充和修復(fù)缺失，獲得被測物體的三維圖形數(shù)據(jù)。

需要說明的是，進(jìn)行兩場景拼接時(shí)，會(huì)出現(xiàn)尋找不到共同部位的情況，或圖像存在缺失。對(duì)此問題，首先應(yīng)該重新進(jìn)行調(diào)試掃描儀環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度的螺紋，使光線較為適中，不至于反光過度或光線較暗。其次，重新進(jìn)行標(biāo)定環(huán)節(jié)，適當(dāng)?shù)卦黾訕?biāo)定面，盡可能使各標(biāo)定面有一定的重復(fù)區(qū)域，以便于在拼接時(shí)尋找共同點(diǎn)。最后，在拼接時(shí)盡可能多的勾選共同點(diǎn)，使其最大程度地拼接無縫隙。

將獲得的三維圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D打印機(jī)中，選擇適合尺寸大小、精度和疏密程度打印出3D實(shí)物。

需要說明的是，在打印物體時(shí)，會(huì)遇到噴頭堵塞；物體擺放角度不適當(dāng)；運(yùn)行內(nèi)存不夠等情況。對(duì)于噴頭堵塞的問題，首先利用噴頭清潔鐵絲將噴頭中的余料清除并重新打印，若顯示屏仍顯示噴頭堵塞，則需要卸載耗材，將耗材從耗材盒中拔出并過后重新插入，在進(jìn)行打?。粚?duì)于物體擺放角度不適當(dāng)?shù)膯栴}，應(yīng)利用X軸，Y軸和Z軸進(jìn)行調(diào)整，直到物體擺放正確；對(duì)于內(nèi)存不夠的問題，應(yīng)該清除三維打印軟件記憶的打印模型，僅留下待打印物體的記錄。

綜上所述，本發(fā)明在掃描過程中，光度調(diào)節(jié)越清晰，采集的數(shù)據(jù)越多；在計(jì)算過程中，圖像信息采集面越多，數(shù)據(jù)越精確；若干場景的封裝效果越好，打印出的成品擬合度越高；在全部封裝完成后，填充越封閉，成品越嚴(yán)密；打印過程中，所選密度越高，耗費(fèi)時(shí)間越長，成品的密合程度越高，封閉性越強(qiáng)；通過填充完整的視圖和打印成品的對(duì)比，可以得出打印機(jī)分辨率越高，所選材質(zhì)越好，打印成品的效果越好；通過三維掃描儀對(duì)待模擬物體進(jìn)行掃描后，就可得到包括形狀和外觀在內(nèi)的相關(guān)三維數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)確實(shí)可以被用來進(jìn)行三維形貌測量的計(jì)算。

以上公開的僅為本發(fā)明的幾個(gè)具體實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。