[发明专利]三维彩色点云非接触扫描方法

说明书

技术领域

本发明属于图像三维信息重构的技术领域，涉及一种三维彩色点云非接触扫描方 法。

背景技术

目前，非接触彩色三维建模一般采用彩色纹理贴图方法进行，这种方法精度不够， 而且操作起来非常复杂，而黑白三维扫描系统物体拼接采用贴标记点的方式进行，这个 过程操作复杂，识别算法稳定性不高，属于一种半自动方法。用这种进行方法进行拼接 时，物体表面标记点作为参考点，系统可以根据不同角度的这些公共参考点，将其拼合 在统一坐标系内，从而获得完整的三维扫描数据。准确识别这些参考点位置是整个系统 关键，通常需要人工辅助提高识别精度。如果这一步操作不当，在整个后续拼接过程就 会出现三维点云分层现象。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种操作简单，精度高的三维彩色 点云非接触扫描方法。

本发明的技术方案如下：

三维彩色点云非接触扫描方法，利用利用结构光投影机和两个CCD摄像机采集图像， 包括下列步骤：

1)首先对整个系统进行初始化：进行结构光投影机和CCD摄像机的焦距调节，使其 成像尺寸与被测物的实际大小做到匹配；调节完毕后，进行两个CCD摄像机的 镜头参数标定处理，计算出两个CCD摄像机的相对位置及镜头的焦距、主点、 径向及切向畸变；

2)接着进行被测物体单面图像采集：利用结构光投影机将多幅不同尺度的条纹结构 光透射到被测物体表面，利用两个CCD摄像机采集多对带有条纹结构的图像， 采集的图像被送入计算机后进行图像预处理；

3)利用条纹光的相位信息对每幅条纹结构光投射到被测物体表面的彩色图像进行 格雷空时编码；

4)根据每对图像像素同名相位位置和两个CCD传感器的相对位置计算出被测物体 的空间三维坐标；

5)利用三维空间线性插值法计算被测物体三维坐标点的彩色信息；

6)进行彩色图像纹理特征的提取；

7)根据计算出的三维坐标和其彩色信息，形成单面的彩色点云；

8)多面点云形成：将被测物体旋转一个角度，重新进行步骤2-7，形成一个新的彩 色点云面；

9)将新生彩色点云面与前次生成面纹理特征进行匹配，计算出两幅面不同特征间的 马氏距离，找到最近的距离匹配特征，根据其相对位置计算出两幅点云面相对 旋转和平移，进而将两幅彩色点云面归一在同一个坐标下，完成基于纹理特征 点的不同彩色点云面拼接；重复上述过程，可以将旋转多次彩色点云面归一化 在一个尺度下，从而完成整个被测物体全拼接过程。

本发明的创新点有两处：

1、基于插值色彩的物体三维点云坐标形成：与传统黑白三维扫描系统相比，系统 纹理信息更加丰富，以前非接触彩色三维建模都采用彩色纹理贴图方法进行， 这种方法精度不够，而且操作起来非常复杂，而本发明的直接生成彩色点云可 以弥补这种缺陷；本发明在进行三维数据重构的同时保持物体表面真彩显示， 较好的保留了被测物体本色，非常适用于数字文物、古建筑测量等对纹理和色 彩要求高的场合。

2、基于彩色纹理的自动拼接方法：传统黑白三维扫描系统物体拼接采用贴标记点 的方式进行，这个过程操作复杂，识别算法稳定性不高，属于一种半自动方法； 本发明采用了像素的局部色彩纹理特征匹配方法，能够快速找到拼接曲面的同 名特征点，通过换算它们之间的相互旋转和平移关系，将其归一化在同一坐标 系下，完成拼接转换过程，该法属于自动拼接方法。本发明由于无需在物体表 面粘贴任何参考点，就能够完成拼接功能，与其他的参考点法进行拼接的方法 相比，大大提高了拼接效率。此外，系统也支持参考点拼接方法，适用于被测 物体表面纹理特征不明显的场合。

3、本发明具有灵活的点云处理方法，即支持删除、取消、分块显示等基本操作， 又可进行点云噪声处理及修剪。三维点云的处理效率高，运算速度快，适合高 精度物体扫描。对三维图像实现任意旋转、缩放、局部缩放等操作。

附图说明

图1：三维彩色点云扫描方法结构框图。

图2 三维彩色点云处理工作流程图。

具体实施方式