一種基于線激光的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于線激光的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取方法，從每個(gè)像元出發(fā)，設(shè)置過(guò)該像元的激光條紋邊界灰度值來(lái)定位激光條紋邊界；進(jìn)而計(jì)算激光條紋右邊界過(guò)該像元時(shí)的時(shí)刻t，求出在時(shí)刻t時(shí)的激光平面在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的平面方程；最后通過(guò)聯(lián)立每個(gè)像元的光線束與時(shí)刻t時(shí)過(guò)該像元的激光平面方程求解該像元對(duì)應(yīng)物點(diǎn)的三維坐標(biāo)，從而最終獲取到物體表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)集。本發(fā)明可以自行搭建簡(jiǎn)易掃描系統(tǒng)，方便實(shí)用、成本低、測(cè)量精度高，獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)更快速、便捷。
【專利說(shuō)明】
一種基于線激光的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于三維測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及一種基于線激光的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的數(shù)字化、信息化逐漸滲透到各個(gè)領(lǐng)域，越來(lái)越多領(lǐng)域的科研與生 產(chǎn)過(guò)程都需要對(duì)物體的三維信息進(jìn)行獲取，以近年來(lái)興起的3D打印技術(shù)為例，桌面級(jí)的3D 打印設(shè)備的成熟與普及對(duì)空間物體的三維模型數(shù)據(jù)產(chǎn)生巨大需求，如何獲取桌面小型物體 的三維信息是我們面臨的一個(gè)主要問(wèn)題。以激光三角測(cè)量原理為基礎(chǔ)的線激光三維測(cè)量技 術(shù)以大量程、速度快、效率高、無(wú)接觸等優(yōu)勢(shì)，可以對(duì)物體進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)測(cè)量，在三維測(cè)量 領(lǐng)域中具有廣泛應(yīng)用。
[0003] 現(xiàn)階段，線結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量利用半導(dǎo)體激光器或者利用投影設(shè)備產(chǎn)生的激光平 面，投射到被測(cè)物體表面形成激光條，利用三角測(cè)量原理求解物體表面點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。 其主要包括兩步：
[0004] (1)獲取激光平面方程
[0005] 目前線結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量多采用激光器與圖像采集裝置相固定模式，依靠硬件之間 的幾何約束，標(biāo)定出激光平面方程。這種方法依賴伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制掃描設(shè)備移動(dòng)，只需一 次標(biāo)定激光平面方程，就可以完成三維測(cè)量工作，具有較高的測(cè)量效率和精度。
[0006] (2)定位激光條紋中心
[0007] 激光條橫截面上的光強(qiáng)近似呈高斯分布，導(dǎo)致定位激光條中心困難。由于光條中 心定位的精度和速度關(guān)系到最終的測(cè)量結(jié)果，因此如何有效求解光條中心坐標(biāo)是當(dāng)前面臨 的重要任務(wù)。目前光條中心定位算法主要包括灰度重心法、高斯擬合法、Hessian矩陣法等。
[0008] 解則曉申報(bào)的《基于線結(jié)構(gòu)光的三維影像測(cè)量方法》（公開號(hào):CN103438832A)利用 線結(jié)構(gòu)光原理不僅能獲取物體表面的三維數(shù)據(jù)，還能同時(shí)獲取空間物體的精確的邊緣輪廓 數(shù)據(jù)，其特征在于采用灰度重心法提取激光條中心坐標(biāo)，系統(tǒng)的線結(jié)構(gòu)光投射器和攝像機(jī) 固定在同一水平基座上，并且封裝在機(jī)殼內(nèi)，同時(shí)需要增加一個(gè)環(huán)形LED光源。
[0009] 南京郵電大學(xué)的聶建輝等申報(bào)的《一種基于雙目視覺(jué)的多線激光器光平面標(biāo)定方 法》(公開號(hào):CN105091782A)利用左右相機(jī)拍攝靶標(biāo)圖像，對(duì)左右目圓形標(biāo)記點(diǎn)中心依照排 列順序進(jìn)行立體匹配，根據(jù)立體匹配結(jié)果，計(jì)算每個(gè)圓形標(biāo)記點(diǎn)中心在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的 空間位置坐標(biāo)，進(jìn)而進(jìn)行平面擬合，得到標(biāo)靶平面在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的平面方程，然后對(duì)標(biāo) 定靶中相鄰標(biāo)記元圍成的區(qū)域進(jìn)行處理，選擇本區(qū)域平均亮度1.5倍的像素作為激光條紋 上的像素點(diǎn)，然后將每行潛在的激光像素點(diǎn)位置依照亮度進(jìn)行加權(quán)平均，得到準(zhǔn)確的激光 點(diǎn)成像位置，通過(guò)移動(dòng)標(biāo)靶選擇至少三個(gè)激光點(diǎn)坐標(biāo)，求解出各個(gè)激光平面方程。
[0010]沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限公司的杜寶瑞等申報(bào)的《基于線結(jié)構(gòu)光的三維測(cè)量方法及 裝置》（公開號(hào):CN102183216A)對(duì)所有的光條圖像采用基于骨架的方向模板法提取光條中 心，獲得光條中心點(diǎn)的二維圖像坐標(biāo)，利用已確定的攝像機(jī)模型計(jì)算對(duì)應(yīng)的三維坐標(biāo)，獲得 掃描物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
[0011] 武漢微目科技有限公司的胡慶武等人申報(bào)的《文物旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)光三維數(shù)字化建模方 法》（公開號(hào):CN101853521A)用雙目CCD立體視覺(jué)系統(tǒng)同步拍攝文物成像，獲得文物立體像 對(duì)和外方位姿態(tài)元素構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)矩陣，通過(guò)提取激光條中心坐標(biāo)點(diǎn)集，并建立立體像對(duì)的 兩個(gè)線特征點(diǎn)集的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而獲得每個(gè)旋轉(zhuǎn)角度的掃描線結(jié)構(gòu)光斷面的三維坐標(biāo)。
[0012] 雖然近年來(lái)三維掃描設(shè)備有了快速發(fā)展，有大量的產(chǎn)品投入市場(chǎng)。但是，目前市場(chǎng) 上的三維掃描儀大多價(jià)格昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，較大地限制了它的應(yīng)用和大眾化普及。通過(guò)以上 分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段線激光三維測(cè)量方法主要存在如下幾個(gè)方面的問(wèn)題：
[0013] (1)大多數(shù)線激光三維測(cè)量方法需要借助復(fù)雜的硬件系統(tǒng)標(biāo)定激光平面方程；
[0014] (2)掃描過(guò)程中，受激光光條寬度不同、光照不均勻及被測(cè)物體表面反射率差異等 因素影響，難以快速、準(zhǔn)確地提取激光條紋中心坐標(biāo)；
[0015] (3)由于傳統(tǒng)的線激光三維測(cè)量方法粗差剔除能力不足，因此其獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù) 難以抵抗噪聲及環(huán)境因素的影響；
[0016] (4)所需設(shè)備昂貴，普通用戶無(wú)力購(gòu)買，難以有效普及；
[0017] (5)傳統(tǒng)的雙目立體視覺(jué)三維測(cè)量方法需要獲得線激光器掃描產(chǎn)生的立體像對(duì)， 因此需要解決兩相機(jī)同步拍攝的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種基于線激光的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取方法，解 決傳統(tǒng)測(cè)量方法在方便實(shí)用性方面存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)快速、便捷、低成本的獲取三維點(diǎn)云數(shù) 據(jù)。
[0019] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0020] 一種基于線激光的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取方法，包括：
[0021 ]步驟1，選定參考坐標(biāo)系，對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行內(nèi)、外參數(shù)標(biāo)定；
[0022] 步驟2,選擇相互垂直的輔助平面Η和輔助平面V，求解在攝像機(jī)坐標(biāo)系下所述輔助 平面Η和輔助平面V的平面方程；
[0023] 步驟3,手持線激光器掃描被測(cè)物體，確定與被測(cè)物體對(duì)應(yīng)的每個(gè)像元在攝像機(jī)拍 攝的連續(xù)視頻幀序列中的灰度最大值Vmax，設(shè)定Vb = 〇 Xvmax作為過(guò)所述像元的激光條紋邊 界的灰度值，其中〇〈〇〈1;
[0024] 針對(duì)與被測(cè)物體對(duì)應(yīng)的每個(gè)像元分別執(zhí)行下述步驟4~步驟7,以得到激光條紋右 邊界分別在進(jìn)入每個(gè)像元時(shí)的時(shí)刻t時(shí)所在的激光平面方程，然后執(zhí)行步驟8:
[0025] 步驟4,利用時(shí)間內(nèi)插計(jì)算連續(xù)視頻幀序列中激光條紋右邊界進(jìn)入每個(gè)像元時(shí)的 時(shí)刻t;其中，時(shí)刻t大于所述連續(xù)視頻幀序列中第k幀對(duì)應(yīng)的時(shí)刻k且小于所述連續(xù)視頻幀 序列中第k+Ι幀對(duì)應(yīng)的時(shí)刻k+Ι，在所述第k幀時(shí)，所述像元在第k幀的灰度值小于激光條紋 右邊界灰度值，在所述第k+Ι幀時(shí)，所述像元的灰度值大于激光條紋右邊界灰度值；
[0026]步驟5,在像平面中任取三個(gè)參考行，使得所述三個(gè)參考行均不與被測(cè)物體相交且 與激光條紋右邊界的交點(diǎn)不在同一條直線上，對(duì)于所述三個(gè)參考行中的每個(gè)參考行r，利用 空間線性內(nèi)插求出所述參考行r分別與所述第k幀、第k+Ι幀中激光條紋右邊界相交的交點(diǎn) 的坐標(biāo);其中，對(duì)于所述第k幀和第k+Ι幀中激光條紋右邊界，在所述參考行r上均存在相鄰 的兩個(gè)像元a (r，j)、a(r，j+1)滿足a (r，j)的灰度值大于激光條紋右邊界的灰度值且a(r，j+ 1)的灰度值小于激光條紋右邊界的灰度值；
[0027] 步驟6,根據(jù)每個(gè)所述參考行r分別與第k幀、第k+Ι幀中激光條紋右邊界相交的交 點(diǎn)的坐標(biāo)，利用空間線性內(nèi)插求出在所述時(shí)刻t時(shí)激光條紋右邊界與每個(gè)所述參考行r相交 的交點(diǎn)的坐標(biāo)；
[0028] 步驟7,根據(jù)求出的所述時(shí)刻t時(shí)激光條紋右邊界與所述三個(gè)參考行在像平面上的 三個(gè)交點(diǎn)的坐標(biāo)以及所述輔助平面H、輔助平面V的平面方程，求解在攝像機(jī)坐標(biāo)系下所述 三個(gè)交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光線束與所述輔助平面Η或輔助平面V相交的三個(gè)空間點(diǎn)的坐標(biāo)，根據(jù)所述 三個(gè)空間點(diǎn)的坐標(biāo)擬合激光條紋右邊界在所述時(shí)刻t時(shí)所在的激光平面方程；
[0029] 步驟8,將每個(gè)像元對(duì)應(yīng)的光線束參數(shù)方程分別與激光條紋右邊界在進(jìn)入該像元 時(shí)的時(shí)刻t時(shí)所在的激光平面方程聯(lián)立，求解每個(gè)像元對(duì)應(yīng)物點(diǎn)在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的三維 坐標(biāo);保存或輸出由被測(cè)物體所有像元對(duì)應(yīng)物點(diǎn)的三維坐標(biāo)構(gòu)成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)集。
[0030] 步驟2中，設(shè)參考坐標(biāo)系為0w-XwYwZ w，輔助平面Η與0w-XwYw平面重疊，輔助平面Η作 為水平放置被測(cè)物體的工作臺(tái)所在平面;輔助平面V與輔助平面Η垂直相交，且與0 w-ZwYw平 面重疊。
[0031 ] 步驟3中，取〇 = 〇. 5，用灰度值vb = 0.5 X vmax定位過(guò)所述像元的激光條紋邊界。
[0032]步驟4中，利用時(shí)間內(nèi)插計(jì)算激光條紋右邊界進(jìn)入每個(gè)像元a(i，j)時(shí)的時(shí)刻t為：
[0034]其中，v(i，j，k)表示第k幀中位置在像平面第i行、第j列的像元a(i，j)的灰度值。 [0035]步驟5中，所述參考行r分別與所述第k幀、第k+Ι幀中激光條紋右邊界相交的交點(diǎn) 的坐標(biāo)分別為：
[0038] 步驟6中，在所述時(shí)刻t時(shí)激光條紋右邊界與每個(gè)所述參考行r相交的交點(diǎn)的坐標(biāo) 為：
[0039] y = (]_-(t-k)) · ji+(t_k) · j2 (4)
[0040] 步驟7中，設(shè)像平面上任意一點(diǎn)在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為(x，y，z)，則所述點(diǎn)對(duì) 應(yīng)的光線束參數(shù)方程表不為：
[0042]其中，（p，m，n)為所述點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光線束的方向向量。
[0043] 一種基于線激光的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取方法，還包括：
[0044]步驟9，雙目點(diǎn)云粗差剔除，步驟1中的攝像機(jī)包括主、輔兩臺(tái)攝像機(jī)，主攝像機(jī)用 于拍攝整個(gè)激光掃描過(guò)程，輔助攝像機(jī)在掃描前拍攝一張背景圖像，利用雙目視覺(jué)測(cè)量原 理完成點(diǎn)云粗差的提取與點(diǎn)云質(zhì)量改善。
[0045]雙目點(diǎn)云粗差剔除包括查找對(duì)應(yīng)點(diǎn)和前方交會(huì)改正點(diǎn)云；所述查找對(duì)應(yīng)點(diǎn)為：利 用雙目攝像機(jī)標(biāo)定結(jié)果，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)集中的每個(gè)三維點(diǎn)Pi反投影到主、輔攝像機(jī)的像平面 上，得到位于主攝像機(jī)像平面上對(duì)應(yīng)的同名像點(diǎn)pn和位于輔攝像機(jī)像平面上對(duì)應(yīng)的同名像 點(diǎn)口 12,基于窗口匹配為原則，以pu、pl2為原點(diǎn)選擇(2n+l)X(2n+l)窗口進(jìn)行灰度匹配，設(shè)置 閾值，如果相關(guān)系數(shù)大于閾值，則認(rèn)為該三維點(diǎn)ΡαΗ確，反之則不正確，在輔助攝像機(jī)像平 面上查找與pu對(duì)應(yīng)的真實(shí)同名像點(diǎn)p l2'；所述前方交會(huì)改正點(diǎn)云的過(guò)程為:對(duì)主、輔攝像機(jī) 進(jìn)行標(biāo)定，確定主、輔攝像機(jī)中心的位置關(guān)系，過(guò)主、輔攝像機(jī)中心與對(duì)應(yīng)攝像機(jī)上的同名 像點(diǎn)得到兩條射線，所述兩條射線的交點(diǎn)即為同名像點(diǎn)在被測(cè)物體表面上的對(duì)應(yīng)三維點(diǎn)； 根據(jù)立體像對(duì)，建立同名像點(diǎn)的特征點(diǎn)集，根據(jù)立體像對(duì)的內(nèi)、外方位元素計(jì)算所述三維點(diǎn) 坐標(biāo)，利用所述三維點(diǎn)坐標(biāo)替換點(diǎn)云數(shù)據(jù)集中錯(cuò)誤的三維點(diǎn)坐標(biāo)。
[0046] 本發(fā)明能夠達(dá)到以下有益效果：（1)本發(fā)明可以自行購(gòu)買設(shè)備、搭建測(cè)量系統(tǒng)，通 過(guò)手持線激光器代替伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)，無(wú)需任何機(jī)械定位與傳動(dòng)裝置，掃描方向更加靈 活，不受硬件之間的幾何約束，所需設(shè)備少、成本低；（2)不再依靠激光器與攝像機(jī)之間的幾 何約束關(guān)系求解激光平面方程，而是采用時(shí)空內(nèi)插求解過(guò)像元的激光平面方程，避免了計(jì) 算激光條紋中心的費(fèi)時(shí)操作，具有更高的速度和精度。
【附圖說(shuō)明】
[0047] 此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本申 請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。在附圖中： [0048]圖1為本發(fā)明的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)測(cè)量系統(tǒng)示意圖。
[0049]圖2為本發(fā)明的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取方法流程圖。
[0050]圖3為本發(fā)明線激光器掃描物體的幾何原理圖。
[0051 ]圖4為本發(fā)明線激光器投射的激光條紋與平面相交示意圖。
[0052]圖5為本發(fā)明攝像機(jī)拍攝的連續(xù)視頻幀層疊構(gòu)成的視頻立方體。
[0053]圖6為本發(fā)明中任意像元灰度值隨幀序列的變化情況曲線圖。
[0054]圖7為本發(fā)明中某參考行與第k幀上的激光條紋相交示意圖。
[0055]圖8為本發(fā)明的連續(xù)視頻幀中激光條紋右邊界穿過(guò)某參考行中一像元的示意圖。 [0056]圖9為本發(fā)明的線激光原理圖。
[0057]圖10為本發(fā)明雙目攝像機(jī)標(biāo)定示意圖。
[0058]圖11為本發(fā)明雙目點(diǎn)云粗差剔除的流程圖。
[0059]圖12為本發(fā)明雙目點(diǎn)云粗差剔除步驟中前方交會(huì)獲取點(diǎn)云的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0060] 為使本申請(qǐng)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本申請(qǐng)具體實(shí)施例及 相應(yīng)的附圖對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅是本申請(qǐng)一 部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒旧暾?qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)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，都屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。
[0061] 以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說(shuō)明本申請(qǐng)各實(shí)施例提供的技術(shù)方案。
[0062] 實(shí)施例1
[0063] 本發(fā)明實(shí)施例無(wú)需外部的機(jī)械裝置，如旋轉(zhuǎn)云臺(tái)、伺服電機(jī)等。所需設(shè)備包括一臺(tái) CCD攝像機(jī)，一臺(tái)線激光器、一個(gè)固定攝像機(jī)的支架、兩塊相互垂直的平面板(作為輔助平面 H、輔助平面V)、以及打印的棋盤格圖像，參見圖1。
[0064]結(jié)合圖2,本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于線激光的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取方法，包括：
[0065]步驟S101:選定參考坐標(biāo)系，對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行內(nèi)、外參數(shù)標(biāo)定。具體為：
[0066] 選擇平坦桌面作為實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，安置并固定攝像機(jī)，選擇棋盤格圖像制作標(biāo)定板。
[0067] 選定參考坐標(biāo)系，利用張正友標(biāo)定法，標(biāo)定出攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)矩陣、畸變系數(shù)。 [0068]步驟S102:選擇相互垂直的輔助平面Η和輔助平面V，求解在攝像機(jī)坐標(biāo)系下分別 對(duì)應(yīng)的平面方程，所述平面方程用于輔助確定在手持線激光器掃描被測(cè)物體時(shí)所投射的激 光平面在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的激光平面方程;具體為：
[0069] 設(shè)參考坐標(biāo)系為0w-XwYwZ w，輔助平面Η與0w-XwYw平面重疊，輔助平面Η作為水平放 置被測(cè)物體的工作臺(tái)所在平面;輔助平面V與輔助平面Η垂直相交，且與0 w-ZwYw平面重疊。
[0070] 輔助平面Η與輔助平面V所在平面方程的求解方法類似，以水平的輔助平面Η為例 進(jìn)行說(shuō)明，其平面方程的求解過(guò)程如下：
[0071] (1)設(shè)輔助平面Η的法向量ηΗ=(0,0，100)τ，在輔助平面Η上放置棋盤格，設(shè)置棋盤 格的左上角作為參考坐標(biāo)系〇 w-XwYwZw的坐標(biāo)原點(diǎn)，根據(jù)步驟S101的攝像機(jī)標(biāo)定步驟求出η Η 在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的方向向量為mc(nx，ny，ηζ)。設(shè)參考坐標(biāo)系原點(diǎn)在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的坐 標(biāo)為(T x，Ty，Τζ)，則輔助平面Η的平面方程可由下式計(jì)算得
[0072] nx(x-Tx)+ny(y-Ty)+nz(z-Tz) =0 (a)
[0073] 化簡(jiǎn)得：
[0074] aix+biy+ciz+1 =0 (b)
[0075] 同理，在與輔助平面Η垂直的輔助平面V上粘貼棋盤格，求出輔助平面V在攝像機(jī)坐 標(biāo)系下的平面方程為：
[0076] a2X+b2y+C2Z+l =0 (c)
[0077] 線激光器經(jīng)透鏡投射出一個(gè)激光平面，與被測(cè)物體相交形成激光條紋，由于物體 表面形狀的調(diào)制，發(fā)生變形，借助輔助平面Η和輔助平面V所在的平面方程，可輔助求出激光 條紋所在激光平面對(duì)應(yīng)的激光平面方程，利用三角測(cè)量原理即可計(jì)算出被測(cè)物體表面點(diǎn)的 三維坐標(biāo)。
[0078] 步驟S103:手持線激光器掃描被測(cè)物體，確定與被測(cè)物體對(duì)應(yīng)的每個(gè)像元在攝像 機(jī)拍攝的連續(xù)視頻幀序列中的灰度最大值Vmax，設(shè)定Vb = 〇 Xvmax作為過(guò)所述像元的激光條 紋邊界的灰度值，其中0〈〇〈1。具體為：
[0079] 如圖3所示，Oc-Xc^Z。為攝像機(jī)坐標(biāo)系，0。是攝像機(jī)的鏡頭中心，陰影部分S表示激 光平面。平面W為像平面，平面Η為水平工作臺(tái)平面，平面V作為參考平面。手持線激光發(fā)射器 掃描被測(cè)物體表面，攝像機(jī)拍攝整個(gè)掃描過(guò)程。
[0080] 激光平面并非理想的平面，而是具有一定厚度，與平面H、V相交產(chǎn)生四條明顯的直 線￥1、￥2、11 1、112，如圖4，￥2、112構(gòu)成激光條紋的左邊界，￥ 1、111構(gòu)成激光條紋的右邊界。在掃描 時(shí)，激光條紋右邊界比激光條紋左邊界在連續(xù)視頻幀序列中先經(jīng)過(guò)任一像元。本實(shí)施例若 沒(méi)有特殊說(shuō)明，激光條紋邊界均指的是激光條紋右邊界，激光條紋右邊界指的是攝像機(jī)拍 攝的激光條紋右邊界。
[0081] 把攝像機(jī)拍攝的連續(xù)視頻幀按照順序進(jìn)行層疊，構(gòu)成視頻立方體，如圖5所示，每 一層代表一幀在像平面上的圖像。用i、j分別表示每幀中像元在像平面的行號(hào)、列號(hào)，k表示 層疊方向上第k幀，每一幀對(duì)應(yīng)一個(gè)時(shí)刻，第k幀對(duì)應(yīng)時(shí)刻為k。圖5中每個(gè)小方塊的值為圖像 坐標(biāo)系中每個(gè)像元在相應(yīng)幀中對(duì)應(yīng)的灰度值。隨著激光平面掃過(guò)物體，每個(gè)像元灰度變換 曲線呈高斯分布（由于線激光器投射的激光平面并非理想的平面，光條的光強(qiáng)變化近似呈 高斯分布，隨著激光平面掃過(guò)被測(cè)物體，視場(chǎng)范圍內(nèi)任意像元的灰度變化曲線如圖6所示）， 對(duì)任意給定的像元a( i，j)，定義Vmadt為像元a( i，j)在整個(gè)視頻幀序列中的灰度最大值：
[0082] Vmax( i , j) =max{v( i , j , t)}
[0083] 其中，v(i，j，t)表示第t幀（時(shí)刻t)位置在像平面第i行、第j列的像元a(i，j)灰度 值；
[0084] 通過(guò)設(shè)置動(dòng)態(tài)閾值Vb = 〇 X vmax作為激光條紋邊界的灰度值，0〈σ〈 1。
[0085]圖3顯示了在線激光器掃描過(guò)程中某一瞬時(shí)t時(shí)刻線激光掃描姿態(tài)，AB、BC、⑶、DE、 EF、FG為激光平面與場(chǎng)景的交線即為激光條紋，P為場(chǎng)景中物體上的一點(diǎn)，它在像平面上所 對(duì)應(yīng)的像點(diǎn)為P。為定位過(guò)像元P時(shí)對(duì)應(yīng)的激光條紋邊界，可設(shè)定激光條紋邊界處的灰度值 為像元P在整個(gè)視頻幀序列中最大灰度值Vm ax的二分之一，即取σ = 0.5，用灰度值Vb = 0.5 X Vmax定位過(guò)像元p的激光條紋邊界。
[0086]針對(duì)與被測(cè)物體對(duì)應(yīng)的每個(gè)像元分別執(zhí)行下述步驟S104~步驟S107，以得到激光 條紋右邊界分別在進(jìn)入每個(gè)像元時(shí)的時(shí)刻t時(shí)所在的激光平面方程，然后執(zhí)行步驟S108: [0087]步驟S104:利用時(shí)間內(nèi)插計(jì)算連續(xù)視頻幀序列中激光條紋右邊界進(jìn)入每個(gè)像元時(shí) 的時(shí)刻t;其中，時(shí)刻t大于所述連續(xù)視頻幀序列中第k幀對(duì)應(yīng)的時(shí)刻k且小于所述連續(xù)視頻 幀序列中第k+Ι幀對(duì)應(yīng)的時(shí)刻k+Ι，在所述第k幀時(shí)，所述像元在第k幀的灰度值小于激光條 紋右邊界灰度值，在所述第k+Ι幀時(shí)，所述像元的灰度值大于激光條紋右邊界灰度值;其中k 取1、2、……、N-1，N為攝像機(jī)所拍攝視頻幀的總數(shù)。具體為：
[0088]參見圖8,在整個(gè)視頻幀掃描序列中一定存在連續(xù)兩幀:第k幀和第k+Ι幀，在第k幀 時(shí)，像元a(i，j)暫未進(jìn)入到激光條紋區(qū)域，則a(i，j)在第k幀的灰度值v(i，j，k)一定小于激 光條紋右邊界灰度值;在第k+Ι幀時(shí)刻，像元a( i，j)進(jìn)入到右激光條紋區(qū)域內(nèi)，則此時(shí)像元a (i，j)的灰度值v (i，j，k+1)-定大于激光條紋右邊界灰度值；由于攝像機(jī)幀率以及手持線 激光掃描速度的影響，激光條紋右邊界進(jìn)入像元a(i，j)時(shí)的時(shí)刻t對(duì)應(yīng)的視頻幀并不為整 數(shù)，我們采用如下方法:視頻流兩幀之間相隔時(shí)間很短，可以認(rèn)為兩幀之間屬于勻速掃描， 利用時(shí)間內(nèi)插求出激光條紋右邊界進(jìn)入像元a( i，j)的時(shí)刻t:
[0090]步驟S105:在像平面中任取三個(gè)參考行，使得所述三個(gè)參考行均不與被測(cè)物體相 交且與激光條紋右邊界的交點(diǎn)不在同一條直線上，對(duì)于所述三個(gè)參考行中的每個(gè)參考行:r， 利用空間線性內(nèi)插求出所述參考行r分別與所述第k幀、第k+Ι幀中激光條紋右邊界相交的 交點(diǎn)的坐標(biāo);其中，對(duì)于所述第k幀和第k+Ι幀中激光條紋右邊界，在所述參考行r上均存在 相鄰的兩個(gè)像元3(^_)、 &(^_ + 1)滿足8(^」）的灰度值大于激光條紋右邊界的灰度值且3 (r，j+Ι)的灰度值小于激光條紋右邊界的灰度值。
[0091 ]上述被測(cè)物體指的是被測(cè)物體在攝像機(jī)的像平面上的成像。
[0092] 步驟S105具體為：
[0093]對(duì)于第k幀中激光條紋右邊界，參見圖7,在參考行r上一定存在兩像元a(r，j)、a (r, j+1)滿足v(r, j，k)>vb、v(r, j+1，k)<vb，由圖6可知每個(gè)像元灰度隨時(shí)間的變化關(guān)系， 利用空間線性內(nèi)插求出第k幀中激光條紋右邊界所在的位置，即參考行r與激光條紋右邊界 在第k幀中的交點(diǎn)的坐標(biāo)，坐標(biāo)公式如式(e)所示：
[0095]同理，得到第k+Ι幀中激光條紋右邊界所在的位置，即參考行r與激光條紋右邊界 在第k+Ι幀中的交點(diǎn)的坐標(biāo)，坐標(biāo)公式如式(f)所示：
[0097]步驟S106:根據(jù)每個(gè)所述參考行r分別與第k幀、第k+Ι幀中激光條紋右邊界相交的 交點(diǎn)的坐標(biāo)，利用空間線性內(nèi)插求出在所述時(shí)刻t時(shí)激光條紋右邊界與每個(gè)所述參考行r相 交的交點(diǎn)的坐標(biāo)。
[0098] 利用式(e)、（f)求出每個(gè)參考行r與激光條紋右邊界在第k幀和k+Ι幀中的交點(diǎn)坐 標(biāo)j#Pj2,利用公式⑷求出每個(gè)像元與激光條紋邊右邊界相交的時(shí)刻t，由于k<t<k+l，利 用空間線性內(nèi)插求解出在時(shí)刻t時(shí)每個(gè)參考行r與激光條紋右邊界的交點(diǎn)的坐標(biāo)(亞像素坐 標(biāo)），坐標(biāo)公式如式(g)所示：
[0099] y = (i-(t-k)) · ji+(t_k) · j2 (g)
[0100] 步驟S107:根據(jù)求出的所述時(shí)刻t時(shí)激光條紋右邊界與所述三個(gè)參考行在像平面 上的三個(gè)交點(diǎn)的坐標(biāo)以及所述輔助平面H、輔助平面V的平面方程，求解在攝像機(jī)坐標(biāo)系下 所述三個(gè)交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光線束與所述輔助平面Η或輔助平面V相交的三個(gè)空間點(diǎn)的坐標(biāo)（即： 將所述三個(gè)交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光線束參數(shù)方程分別與所述輔助平面Η或輔助平面V的平面方程聯(lián) 立，求解所述三個(gè)交點(diǎn)在攝像機(jī)坐標(biāo)系下對(duì)應(yīng)的三個(gè)空間點(diǎn)的坐標(biāo)），根據(jù)所述三個(gè)空間點(diǎn) 的坐標(biāo)擬合激光條紋右邊界在所述時(shí)刻t時(shí)所在的激光平面方程
[0101] 圖9中像平面上的三條虛線ri、r2、r3代表像平面上取的三個(gè)參考行， ri、r2、r3分別 與所述時(shí)刻1：時(shí)的激光條紋右邊界相交于三個(gè)交點(diǎn)：1、、1^、1^。圖3上交點(diǎn),1、1^、1^分 另|J為三個(gè)交點(diǎn) X\、xW 3對(duì)應(yīng)的光線束與輔助平面Η或輔助平面V相交得到的三個(gè)空間點(diǎn)。
[0102] 為了保證三個(gè)交點(diǎn)為Χ\、Υ2、Υ3不在一條直線上，選取參考行時(shí)，需要保證三個(gè) 參考行n、r 2、r3不同時(shí)位于輔助平面Η在像平面對(duì)應(yīng)的區(qū)域h內(nèi)或輔助平面V在像平面對(duì)應(yīng) 的區(qū)域v內(nèi)，參見圖9。由于三個(gè)交點(diǎn)為X' i、X' 2、X' 3不在一條直線上，三個(gè)空間點(diǎn)X:、X2、X3也 必定不在一條直線上，即可通過(guò)點(diǎn)Χ:、Χ 2、Χ3的坐標(biāo)擬合激光條紋右邊界在所述時(shí)刻t時(shí)所在 的激光平面方程。
[0103] 參見圖9,光線束的參數(shù)方程的求解如下：
[0104] 設(shè)0。為攝像機(jī)中心點(diǎn)，像平面上任意一點(diǎn)P在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為(x，y，z)， 從攝像機(jī)中心點(diǎn)向點(diǎn)P作一條射線，該射線即為點(diǎn)P對(duì)應(yīng)的光線束，則點(diǎn)P對(duì)應(yīng)的光線束參數(shù) 方程表示為：
[0106] 式(h)中，（p，m，n)為點(diǎn)P對(duì)應(yīng)的光線束的方向向量。
[0107] 步驟S108:將每個(gè)像元對(duì)應(yīng)的光線束參數(shù)方程分別與激光條紋右邊界在進(jìn)入該像 元時(shí)的時(shí)刻t時(shí)所在的激光平面方程聯(lián)立，求解每個(gè)像元對(duì)應(yīng)物點(diǎn)在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的三 維坐標(biāo);保存或輸出由被測(cè)物體所有像元對(duì)應(yīng)物點(diǎn)的三維坐標(biāo)構(gòu)成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)集data，記 為{P | Pi，i e (〇，N])，其中N為獲得的點(diǎn)云數(shù)量。
[0108] 通過(guò)圖9可以直觀地理解，激光平面S受到物體表面形狀的調(diào)制，產(chǎn)生變形的激光 條紋，點(diǎn)P為物體表面一點(diǎn)，經(jīng)攝像機(jī)采集后得到其對(duì)應(yīng)的像元P坐標(biāo)為(u，v)，過(guò)攝像機(jī)中 心0。求出過(guò)該像元P的光線束參數(shù)方程，聯(lián)立激光平面方程，即可求得物體表面點(diǎn)P在攝像 機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)。
[0109] 綜上，本發(fā)明從每個(gè)像元出發(fā)，首先根據(jù)每個(gè)像元在整個(gè)視頻序列中的灰度變化 曲線，設(shè)置過(guò)該像元的激光條紋邊界灰度值對(duì)激光條紋邊界定位;進(jìn)而計(jì)算激光條紋邊界 過(guò)該像元時(shí)的時(shí)刻t，求出在時(shí)刻t時(shí)的激光平面在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的平面方程;最后通過(guò) 聯(lián)立像元的光線束與時(shí)刻t時(shí)過(guò)該像元的激光平面方程求解該像元對(duì)應(yīng)物點(diǎn)的三維坐標(biāo)， 從而最終獲取到點(diǎn)云數(shù)據(jù)集。
[0110] 本實(shí)施例采用時(shí)空內(nèi)插求解過(guò)像元的激光平面方程，不再依靠激光器與攝像機(jī)之 間的幾何約束關(guān)系求解激光平面方程，避免了傳統(tǒng)計(jì)算激光條紋中心的費(fèi)時(shí)操作，具有更 高的精度和速度。
[0111] 實(shí)施例2
[0112] 為了改善所獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)集data中點(diǎn)云質(zhì)量，在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上還可以增加步 驟S109:雙目點(diǎn)云粗差剔除;通過(guò)增加一個(gè)攝像機(jī)作為輔助攝像機(jī)，即步驟S101中，攝像機(jī) 包括分別用支架固定的主、輔兩臺(tái)攝像機(jī)，參見圖10,移動(dòng)標(biāo)定板到測(cè)量區(qū)域的不同位置， 兩攝像機(jī)依次拍攝至少三張標(biāo)定圖像，完成雙目攝像機(jī)的內(nèi)、外參數(shù)標(biāo)定;雙主攝像機(jī)用于 拍攝整個(gè)激光掃描過(guò)程，輔助攝像機(jī)在掃描前拍攝一張背景圖像，利用雙目視覺(jué)測(cè)量原理 完成點(diǎn)云粗差的提取與點(diǎn)云質(zhì)量改善。具體如下：
[0113] 參見圖11，雙目點(diǎn)云粗差剔除包括查找對(duì)應(yīng)點(diǎn)和前方交會(huì)改正點(diǎn)云，
[0114] (1)查找對(duì)應(yīng)點(diǎn)
[0115]利用雙目攝像機(jī)標(biāo)定結(jié)果，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)集中的每個(gè)三維點(diǎn)P,反投影到主、輔攝像 機(jī)的像平面上，得到位于主攝像機(jī)像平面上對(duì)應(yīng)的同名像點(diǎn)PU和位于輔攝像機(jī)像平面上對(duì) 應(yīng)的同名像點(diǎn)Pi2,基于窗口匹配為原則，以Pii、pi2為原點(diǎn)選擇(2n+l) X (2n+l)窗口進(jìn)行灰 度匹配，設(shè)置閾值，如果相關(guān)系數(shù)大于閾值，則認(rèn)為該三維點(diǎn)ΡαΗ確，反之則不正確，需要剔 除，在輔助攝像機(jī)像平面上通過(guò)圖像匹配查找與 P1對(duì)應(yīng)的真實(shí)同名像點(diǎn)Ρ/ ;為提高查找對(duì) 應(yīng)點(diǎn)的速度，在匹配工作開始前首先對(duì)圖像進(jìn)行極線校正，使得各極線和坐標(biāo)系的橫軸平 行，從而使得查詢對(duì)應(yīng)點(diǎn)的過(guò)程從二維降到一維，提高了匹配速度。
[0116] (2)前方交會(huì)獲取點(diǎn)云
[0117] 對(duì)主、輔攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，確定主、輔攝像機(jī)中心的位置關(guān)系，過(guò)主、輔攝像機(jī)中心 與對(duì)應(yīng)攝像機(jī)上的同名像點(diǎn)得到兩條射線，所述兩條射線的交點(diǎn)即為同名像點(diǎn)在被測(cè)物體 表面上的對(duì)應(yīng)三維點(diǎn);根據(jù)立體像對(duì)（即主、輔攝像機(jī)拍攝的背景圖片），建立同名像點(diǎn)的特 征點(diǎn)集，根據(jù)立體像對(duì)的內(nèi)、外方位元素計(jì)算所述三維點(diǎn)的坐標(biāo)，利用所述三維點(diǎn)的坐標(biāo)替 換點(diǎn)云集中錯(cuò)誤的三維點(diǎn)坐標(biāo)。
[0118] 上述同名像點(diǎn)指的是在查找對(duì)應(yīng)點(diǎn)步驟中得到的、與點(diǎn)云數(shù)據(jù)集中的三維點(diǎn)Pi對(duì) 應(yīng)的位于主攝像機(jī)像平面上的同名像點(diǎn)pu，或位于輔助攝像機(jī)像平面上的、與pu對(duì)應(yīng)的真 實(shí)同名像點(diǎn)P2或P2'。
[0119] 以物體表面一點(diǎn)P為例，從圖12可知點(diǎn)P在主、輔攝像機(jī)上分別對(duì)應(yīng)的同名像點(diǎn)為 pi、Pr，由于攝像機(jī)中心(、〇2 )、像點(diǎn)（pi、Pr )、交點(diǎn)P滿足三點(diǎn)共線，過(guò)所述三點(diǎn)的射線的方 程表達(dá)式如下：
[0122] 式(i)中，f為攝像機(jī)焦距，（X，y)為像點(diǎn)坐標(biāo)，（X，Y，Z)為待求三維點(diǎn)P的三維坐標(biāo)， (xs，Ys，zs)為攝像機(jī)中心三維坐標(biāo)：
為攝像機(jī)的外方位參數(shù)矩陣。
[0123] 因此可以利用主、輔攝像機(jī)像平面上的同名像點(diǎn)，根據(jù)式（i)可以求解出同名像點(diǎn) 對(duì)應(yīng)的空間三維點(diǎn)P的坐標(biāo)。
[0124] 利用空間前方交會(huì)獲取的所述新的空間三維點(diǎn)替換掉原點(diǎn)云數(shù)據(jù)集中的錯(cuò)誤點(diǎn)， 如此便可有效改善點(diǎn)云質(zhì)量，更有利于后續(xù)的三維重建工作。
[0125] 本實(shí)施例將線結(jié)構(gòu)光與雙目視覺(jué)相結(jié)合，解決了結(jié)構(gòu)光測(cè)量數(shù)據(jù)修正困難的問(wèn) 題，并采用主輔攝像機(jī)設(shè)置，避免了因攝像機(jī)無(wú)法同步帶來(lái)的誤差問(wèn)題。
[0126] 以上所述僅為本申請(qǐng)的實(shí)施例而已，并不用于限制本申請(qǐng)。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員 來(lái)說(shuō)，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同 替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于線激光的Ξ維點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取方法，其特征在于，包括： 步驟1，選定參考坐標(biāo)系，對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行內(nèi)、外參數(shù)標(biāo)定； 步驟2，選擇相互垂直的輔助平面Η和輔助平面V，求解在攝像機(jī)坐標(biāo)系下所述輔助平面 Η和輔助平面V的平面方程； 步驟3，手持線激光器掃描被測(cè)物體，確定與被測(cè)物體對(duì)應(yīng)的每個(gè)像元在攝像機(jī)拍攝的 連續(xù)視頻帖序列中的灰度最大值Vmax，設(shè)定Vb = 〇XVmax作為過(guò)所述像元的激光條紋邊界的 灰度值，其中0如<1; 針對(duì)與被測(cè)物體對(duì)應(yīng)的每個(gè)像元分別執(zhí)行下述步驟4~步驟7，W得到激光條紋右邊界 分別在進(jìn)入每個(gè)像元時(shí)的時(shí)刻t時(shí)所在的激光平面方程，然后執(zhí)行步驟8: 步驟4,利用時(shí)間內(nèi)插計(jì)算連續(xù)視頻帖序列中激光條紋右邊界進(jìn)入每個(gè)像元時(shí)的時(shí)刻 t;其中，時(shí)刻t大于所述連續(xù)視頻帖序列中第k帖對(duì)應(yīng)的時(shí)刻k且小于所述連續(xù)視頻帖序列 中第k+1帖對(duì)應(yīng)的時(shí)刻k+1，在所述第k帖時(shí)，所述像元在第k帖的灰度值小于激光條紋右邊 界灰度值，在所述第k+1帖時(shí)，所述像元的灰度值大于激光條紋右邊界灰度值； 步驟5,在像平面中任取Ξ個(gè)參考行，使得所述Ξ個(gè)參考行均不與被測(cè)物體相交且與激 光條紋右邊界的交點(diǎn)不在同一條直線上，對(duì)于所述Ξ個(gè)參考行中的每個(gè)參考行r，利用空間 線性內(nèi)插求出所述參考行r分別與所述第k帖、第k+1帖中激光條紋右邊界相交的交點(diǎn)的坐 標(biāo);其中，對(duì)于所述第k帖和第k+1帖中激光條紋右邊界，在所述參考行r上均存在相鄰的兩 個(gè)像元曰片，如、曰^^'+1)滿足曰片〇'）的灰度值大于激光條紋右邊界的灰度值且曰片〇'+1)的 灰度值小于激光條紋右邊界的灰度值； 步驟6,根據(jù)每個(gè)所述參考行r分別與第k帖、第k+1帖中激光條紋右邊界相交的交點(diǎn)的 坐標(biāo)，利用空間線性內(nèi)插求出在所述時(shí)刻t時(shí)激光條紋右邊界與每個(gè)所述參考行r相交的交 點(diǎn)的坐標(biāo)； 步驟7,根據(jù)求出的所述時(shí)刻t時(shí)激光條紋右邊界與所述Ξ個(gè)參考行在像平面上的Ξ個(gè) 交點(diǎn)的坐標(biāo)W及所述輔助平面H、輔助平面V的平面方程，求解在攝像機(jī)坐標(biāo)系下所述Ξ個(gè) 交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光線束與所述輔助平面Η或輔助平面V相交的Ξ個(gè)空間點(diǎn)的坐標(biāo)，根據(jù)所述Ξ個(gè) 空間點(diǎn)的坐標(biāo)擬合激光條紋右邊界在所述時(shí)刻t時(shí)所在的激光平面方程； 步驟8,將每個(gè)像元對(duì)應(yīng)的光線束參數(shù)方程分別與激光條紋右邊界在進(jìn)入該像元時(shí)的 時(shí)刻t時(shí)所在的激光平面方程聯(lián)立，求解每個(gè)像元對(duì)應(yīng)物點(diǎn)在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的Ξ維坐標(biāo)； 保存或輸出由被測(cè)物體所有像元對(duì)應(yīng)物點(diǎn)的Ξ維坐標(biāo)構(gòu)成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)集。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2中，設(shè)參考坐標(biāo)系為Ow-XwYwZw，輔助平 面Η與Ow-XwYw平面重疊，輔助平面Η作為水平放置被測(cè)物體的工作臺(tái)所在平面;輔助平面V與 輔助平面Η垂直相交，且與Ow-ZwYw平面重疊。 3 .根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特化在于，步驟3中，取σ = 0.5 ,用灰度值Vb = 0.5 X Vmax 定位過(guò)所述像元的激光條紋邊界。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4中，利用時(shí)間內(nèi)插計(jì)算激光條紋右邊 界進(jìn)入每個(gè)像元a( i，j)時(shí)的時(shí)刻t為：其中，V(i，j，k)表示第k帖中位置在像平面第i行、第j列的像元a(i，j)的灰度值。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟5中，所述參考行r分別與所述第k帖、 第k+1帖中激光條紋右邊界相交的交點(diǎn)的坐標(biāo)分別為：6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟6中，在所述時(shí)刻t時(shí)激光條紋右邊界 與每個(gè)所述參考行r相交的交點(diǎn)的坐標(biāo)為： y=(l-(t-k)) · ji+(t-k) · J.2。 （4)7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟7中，設(shè)像平面上任意一點(diǎn)在攝像機(jī)坐 標(biāo)系下的坐標(biāo)為(x，y，z)，則所述點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光線束參數(shù)方程表示為：(5) 其中，（P，m，n)為所述點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光線束的方向向量。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括步驟9:雙目點(diǎn)云粗差剔除，步驟1中 的攝像機(jī)包括主、輔兩臺(tái)攝像機(jī)，主攝像機(jī)用于拍攝整個(gè)激光掃描過(guò)程，輔助攝像機(jī)在掃描 前拍攝一張背景圖像，利用雙目視覺(jué)測(cè)量原理完成點(diǎn)云粗差的提取與點(diǎn)云質(zhì)量改善。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，雙目點(diǎn)云粗差剔除包括查找對(duì)應(yīng)點(diǎn)和前方 交會(huì)改正點(diǎn)云;所述查找對(duì)應(yīng)點(diǎn)為:利用雙目攝像機(jī)標(biāo)定結(jié)果，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)集中的每個(gè)Ξ維 點(diǎn)Pi反投影到主、輔攝像機(jī)的像平面上，得到位于主攝像機(jī)像平面上對(duì)應(yīng)的同名像點(diǎn)Pil和 位于輔攝像機(jī)像平面上對(duì)應(yīng)的同名像點(diǎn)Pi2,基于窗口匹配為原則，Wpii、pi2為原點(diǎn)選擇(2n + l)X(2n+l)窗口進(jìn)行灰度匹配，設(shè)置闊值，如果相關(guān)系數(shù)大于闊值，則認(rèn)為該Ξ維點(diǎn)Pi正 確，反之則不正確，在輔助攝像機(jī)像平面上查找與Pil對(duì)應(yīng)的真實(shí)同名像點(diǎn)Pi2 '；所述前方交 會(huì)改正點(diǎn)云的過(guò)程為:對(duì)主、輔攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，確定主、輔攝像機(jī)中屯、的位置關(guān)系，過(guò)主、 輔攝像機(jī)中屯、與對(duì)應(yīng)攝像機(jī)上的同名像點(diǎn)得到兩條射線，所述兩條射線的交點(diǎn)即為同名像 點(diǎn)在被測(cè)物體表面上的對(duì)應(yīng)Ξ維點(diǎn);根據(jù)立體像對(duì)，建立同名像點(diǎn)的特征點(diǎn)集，根據(jù)立體像 對(duì)的內(nèi)、外方位元素計(jì)算所述Ξ維點(diǎn)坐標(biāo)，利用所述Ξ維點(diǎn)坐標(biāo)替換點(diǎn)云數(shù)據(jù)集中錯(cuò)誤的 Ξ維點(diǎn)坐標(biāo)。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK106091984SQ201610395507
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月6日 公開號(hào)201610395507.0, CN 106091984 A, CN 106091984A, CN 201610395507, CN-A-106091984, CN106091984 A, CN106091984A, CN201610395507, CN201610395507.0
【發(fā)明人】童曉沖, 韓碩, 安子閣, 賴廣陵, 范帥博, 丁璐, 汪瀅
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍信息工程大學(xué)