專利名稱：基于雙目的三維表面建模系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及用于對物體三維表面進行測量系統(tǒng)，特別是應(yīng)用于三維物體表面定位的 三維表面建模系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
物體的三維表面定位技術(shù)在工業(yè)設(shè)計與制造、質(zhì)量檢測與控制、地形測量與勘探、虛擬 現(xiàn)實等領(lǐng)域應(yīng)用日益廣泛。隨著逆向設(shè)計的發(fā)展，對物體進行快速有效的建模成為研究的熱 點和難點。這就涉及到對三維物體的表面進行有效的判斷問題。
三維物體表面定位目前主要有兩類方法即接觸式和非接觸式。接觸式測量精度高，但測 量速度慢、對環(huán)境要求高、對物體大小有要求。因此在應(yīng)用時受到很大限制。非接觸式的測 量主要需要使用激光和攝像機作為定位的儀器，分為只需要激光發(fā)生器和相關(guān)支持設(shè)備的激 光往返時間法，以及需要綜合使用激光發(fā)生器和攝像機的計算機視覺方法。前一種方法的工 作原理是通過測量激光脈沖的往返時間來測量物體上點的三維坐標(biāo)，由于光的速度很快，所 以對設(shè)備的要求就很高，造價昂貴?；谟嬎銠C視覺的方法在近年來精度有了較大的提高， 而且價格相對低廉，因此應(yīng)用也越來越廣泛?；谟嬎銠C視覺的方法一般是利用激光發(fā)生器 對所需建模物體進行投射，接著利用多攝像機對激光投影狀態(tài)進行拍攝，然后通過相應(yīng)的算 法對多攝像機中的激光斑進行匹配和三維空間位置的計算。
三維表面的快速建模對于礦井等工業(yè)現(xiàn)場的自動化具有重大意義。但是礦井等工業(yè)現(xiàn)場 由于粉塵較大，傳統(tǒng)的基于計算機視覺的建模方法所發(fā)射的一片激光網(wǎng)點或者是數(shù)條激光條 紋往往由于粉塵較大、工作環(huán)境惡劣導(dǎo)致這些激光網(wǎng)點和激光條紋的匹配相對困難，從而建 模的結(jié)果存在著較大的誤差，最終導(dǎo)致在這些領(lǐng)域中進行快速實時的建模受到了限制。

實用新型內(nèi)容
本實用新型是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種測量精確、適于在工業(yè) 現(xiàn)場進行使用的基于雙目的三維表面建模系統(tǒng)。 本實用新型解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案
本實用新型基于雙目的三維表面建模系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點是其系統(tǒng)構(gòu)成為-
一激光源，將來自激光源的激光光束逐一投照在待建模物體表面的各待測位置上，在待
建模物體的表面形成每一束激光光束的獨立激光光斑；
兩只相對位置固定的攝像機，分別在其各自的位置上拍攝同一只獨立光斑，獲得所述光
斑在兩只攝像機中各自的光斑圖像；一計算機控制系統(tǒng)，根據(jù)同一只光斑在不同攝像機所拍攝圖像中的不同位置，通過光斑 匹配，并采用空間三角法，計算獲得該光斑的空間三維坐標(biāo)；針對待建模物體上各投照位置 上的空間三維坐標(biāo)，通過Delauny三角化，完成三維表面的建模。
本實用新型基于雙目的三維表面建模系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點也在于
固定設(shè)置激光源，在所述激光源與待建模物體表面之間，設(shè)置反光角度可調(diào)整的反光鏡， 激光光束投照在所述反光鏡上，調(diào)整反光鏡的反光角度，使激光光束經(jīng)反射投照在待建模物 體的設(shè)定表面位置上。
對于待建模物體表面每個待測位置上獨立光斑信息的采集，是以激光光束投照在該位置 形成獨立光斑，繼而攝像機拍攝光斑完成所述光斑圖像的采集為一個工作周期；對于待建模 物體表面不同待測位置光斑信息的采集，是以上一個工作周期完成之后方才開始下一個工作 周期。
通過增加待測位置在待建模物體表面的密集程度提高建模精度。 與已有技術(shù)相比，本實用新型有益效果體現(xiàn)在
1、 本實用新型利用激光光束在待建模物體表面各待測位置逐一投照，形成獨立光斑， 這種形式具有較強的抗粉塵、抗水霧等抗干擾能力，可以在工業(yè)現(xiàn)場等領(lǐng)域?qū)崟r完成工作面 的建模過程，有效地提高用戶對工作面情況的了解。
2、 本實用新型在光斑圖像的采集過程中，待建模物體表面為一獨立光斑，'可以大大提 高建模的準(zhǔn)確性，降低圖像處理階段中的光斑匹配的難度，提高定位準(zhǔn)確性。
3、 本實用新型根據(jù)測量需求增加或減少待測點位，即可完成對工作面的不同精度的建模。


圖1為本實用新型系統(tǒng)構(gòu)成示意圖。 圖2為本實用新型激光源的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標(biāo)號l計算機控制系統(tǒng)、2攝像機A、 3攝像機B、 4激光源、5電纜線、6待建模 物體、7光斑、8激光光束、9反光鏡、IO驅(qū)動電機、ll激光發(fā)生器、12濾光片 以下通過具體實施方式
，結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明
具體實施方式
參見圖l，本實施例系統(tǒng)構(gòu)成為
來自激光源4的激光光束8投照在待建模物體6的表面各待測位置上，在待建模物體6 的表面形成獨立光斑7;兩只相對位置固定的攝像機A (圖中標(biāo)號為2)和攝像機B (圖中標(biāo)號為3)分別在其各 自的位置上拍攝同一只獨立光斑7，分別獲得光斑7在攝像機A和攝像機B中各自的光斑圖 像；
計算機控制系統(tǒng)1根據(jù)同一只光斑7在攝像機A和攝像機B所拍攝圖像中的不同位置， 通過濾噪、光斑匹配，采用空間三角法，計算獲該光斑7的空間三維坐標(biāo)；針對待建模物體 上各投照位置上的空間三維坐標(biāo)，通過Delauny三角化，完成三維表面的建模；計算機控制 系統(tǒng)1通過電纜線5形成系統(tǒng)連接。
具體實施中，相應(yīng)設(shè)置也包括
圖2所示，激光源的設(shè)置包括固定設(shè)置激光發(fā)生器11，在激光發(fā)生器11與待建模物體 6的表面之間，設(shè)置反光角度可調(diào)整的反光鏡9，激光發(fā)生器11透過12濾光片形成一束激 光光束8，激光光束8投照在反光鏡9上，通過驅(qū)動電機10精確調(diào)整反光鏡9的反光角度， 使激光光束8經(jīng)反光鏡9形成反射光束，投照在待建模物體的設(shè)定表面位置上。
對于待建模物體表面每個待測位置獨立光斑信息的采集，是以激光光束投照該位置形成 獨立光斑，繼而攝像機拍攝光斑完成所述光斑圖像的采集為一個工作期；對于待建模物體 表面不同待測位置光斑信息的采集，是以上一個工作周期未完成之后方才開始下一個工作周 期。
通過增加待測位置在待建模物體表面的密集程度提高建模精度。 工作過程 '
1、 調(diào)整驅(qū)動電機10將反光鏡9置為初始位置；
2、 發(fā)射激光光束8，利用攝像機A和攝像機B對激光光斑進行拍攝；
3、 采集到的光斑圖像傳到計算機控制系統(tǒng)，匹配激光光斑；
4、 在計算機控制系統(tǒng)中運行軟件計算出激光光斑的空間三維坐標(biāo)，同時將計算出的坐 標(biāo)點進行存儲；
5、 調(diào)整驅(qū)動電機10改變反光鏡9的反射角度，重復(fù)上述步驟2-4，當(dāng)驅(qū)動電機10的 一次完全轉(zhuǎn)動結(jié)束，則結(jié)束激光光斑的圖像采集，進入下一步；
6、 將步驟4得到的激光光斑空間三維坐標(biāo)作為輸入，利用計算機上的配套軟件進行 Delauny三角網(wǎng)格化，完成對工作面的建模。
權(quán)利要求1、基于雙目的三維表面建模系統(tǒng)，其特征是所述系統(tǒng)構(gòu)成為一激光源，將來自激光源的激光光束逐一投照在待建模物體表面的各待測位置上，在待建模物體的表面形成每一束激光光束的獨立激光光斑；兩只相對位置固定的攝像機，分別在其各自的位置上拍攝同一只獨立光斑，獲得所述光斑在兩只攝像機中各自的光斑圖像；一計算機控制系統(tǒng)，根據(jù)同一只光斑在不同攝像機所拍攝圖像中的不同位置，通過光斑匹配，并采用空間三角法，計算獲得該光斑的空間三維坐標(biāo)；針對待建模物體上各投照位置上的空間三維坐標(biāo)，通過Delauny三角化，完成三維表面的建模。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙目的三維表面建模系統(tǒng)，其特征是所述激光源是固定 設(shè)置的激光發(fā)生器(11)，在所述激光發(fā)生器(11)與待建模物體表面之間，設(shè)置反光角度 可調(diào)整的反光鏡(9)，激光光束(8)投照在所述反光鏡(9)上，調(diào)整反光鏡(9)的反光 角度，使激光光束(8)經(jīng)反射投照在待建模物體的設(shè)定表面位置上。
專利摘要基于雙目的三維表面建模系統(tǒng)，其特征是所述系統(tǒng)構(gòu)成為一激光源，將來自激光源的激光光束逐一投照在待建模物體表面的各待測位置上，在待建模物體的表面形成每一束激光光束的獨立激光光斑；兩只相對位置固定的攝像機，分別在其各自的位置上拍攝同一只獨立光斑，獲得所述光斑在兩只攝像機中各自的光斑圖像；一計算機控制系統(tǒng)，根據(jù)同一只光斑在不同攝像機所拍攝圖像中的不同位置，通過光斑匹配，并采用空間三角法，計算獲得該光斑的空間三維坐標(biāo)；針對待建模物體上各投照位置上的空間三維坐標(biāo)，通過Delauny三角化，完成三維表面的建模。本實用新型系統(tǒng)測量精確、適于在工業(yè)現(xiàn)場進行使用。
文檔編號G01B11/00GK201255630SQ20082004086
公開日2009年6月10日 申請日期2008年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月15日
發(fā)明者劉曉平, 偉 徐, 強 路, 鄭利平, 韓江洪 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)