[实用新型]基于彩色结构光的文物三维重建装置

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种基于绿条纹分割的彩色结构光三维测量装置，涉及视觉传感测量技术与系统、三维信息采集与重构领域。

背景技术：

在非接触三维测量技术中，视觉三维测量技术是获取物体三维信息有效的手段之一，它无需接触被测物表面，是以三维视觉传感器所得到的图形、图像为基础来恢复物体的三维形状，具有速度高、效率高、自动化程度高、造价较低等优点。目前视觉三维测量技术的重点发展方向包括有结构光、立体图像、莫尔法、全息法、激光雷达等方法，其中结构光法具有成本低、分辨率高和速度快优势，被公认为实用性最强的光学非接触三维测量技术，正日益受到重视并得到应用。

结构光法是将投射器发出的光经过光学系统形成点、线、编码图案等形式投向景物，在景物上形成图案并由摄像机摄取，而后由图像根据三角法和传感器结构参数进行计算、得到景物表面的深度图像，进一步计算出物面的三维坐标值。

在结构光法中，相比投射点、线光束的结构光扫描法，结构光编码法向景物投射编码图案，大大提高了测量速度并解决了扫描法图案混淆问题，因此结构光编码法以其准确度高、测量速度快、成本低等优点在三维重构、工业测量等领域有着广泛的应用前景。结构光的编码方法可分为时间编码、空间编码和直接编码，三者各具优缺点。它们都可采用灰度或颜色来进行编码，灰度编码技术的研究更成熟一些。然而随着处理彩色图像的彩色传感器和硬件价格变得更容易接受，彩色图像处理技术应用也日益广泛。

在以往的研究中彩色编码多用于空间编码和直接编码，而且大都能用于动态物体的测量，但由于基于CCD摄像机的颜色保真度及分辨率的影响，对三维物体的测量精度不高，很难用于精确物体的测量。在已有的几种彩色时间编码方法中，精度较之空间编码和直接编码有所提高，但也存在由于运用的颜色一般多于三种，出现颜色混淆不易识别的问题，而且通常采样密度和分辨率都不高。针对彩色时间编码结构光技术，目前尚不能做到摄像机硬件设备的更换对系统的影响。

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种消除硬件设备对颜色的耦合影响、提取绿条纹中心以消除格雷码一位转换误差，提取绿条纹左右边界以提高物面采样密度，从而实现高采样密度亚像素分辨率的测量装置。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

基于彩色结构光的文物三维重建装置，其组成包括：投影仪，所述的投影仪为用于产生基于绿条纹分割的由红绿蓝三基色组成的结构光、其中红蓝按格雷码编码方式编排，每相邻红蓝编码之间用四个像素的绿条纹分割的投影仪，所述的投影仪与计算机连接，该计算机为用于产生彩色结构光编码图案、同时控制摄像机拍摄被物体调制后的图像的计算机。

所述的基于彩色结构光的文物三维重建装置，所述的摄像机与所述的投影仪、物体在同一水平面，它们之间的连线成直角三角形状态，摄像机与物体的连线位于直角三角形的斜边上。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型投射的编码图案是基于绿条纹分割的红蓝格雷码编码。该编码方法采用三基色红(255，0，0)、绿(0，255，0)、蓝(0，0，255)编码，这使拍摄的条纹图像中各种颜色之间、系统噪声的影响都大大减少，有利于图像正确解码得到可靠的处理数据。

2.本实用新型具有成本低、测量精度高的优点。

3.本实用新型可针对不同CCD的硬件设备颜色分量之间的耦合现象，采取不同的测量方法以消除硬件设备对三维物体的测量影响。

附图说明：

附图1是本实用新型结构示意图。

附图2是红蓝格雷码编码图案。红格雷码为白色，蓝格雷码为斜线。

附图3是绿条纹分割的红蓝格雷码编码图案。红格雷码为白色，蓝格雷码为斜线，绿条纹为交叉斜线。

附图4是各像素颜色分量归一化。

附图5是绿条纹中心及边界定位。

附图6是投射的红绿蓝图像。

附图7是投射图像第300行扫描图。

附图8是拍摄的红绿蓝图像第300行扫描图。

具体实施方式：

实施例1：

基于彩色结构光的文物三维重建装置，其组成包括：投影仪1，所述的用于产生基于绿条纹分割的由红绿蓝三基色组成的结构光、其中红蓝按格雷码编码方式编排，每相邻红蓝编码之间用四个像素的绿条纹分割的投影仪1通过电线与一个用于产生彩色结构光编码图案、同时控制摄像机拍摄被测物体3调制后的图像的计算机4连接，所述的计算机4通过电线与用于拍摄上述结构光照射下的物体的彩色摄像机2连接。