[发明专利]单镜头结构光立体成像的装置及对管道内场景立体成像的方法

权利要求书

1.一种单镜头结构光立体成像的装置，其特征在于：主要由一台照相机（1）、一个半透镜（2）和一台光栅投影仪（3）构成，所述照相机（1）透过所述半透镜（2）对管道（4）内壁进行图像采集，所述半透镜（2）将所述光栅投影仪（3）投影出来的结构光栅（6）通过反射发射到管道内壁（4）上，对所述照相机（1）的拍摄和所述光栅投影仪（3）的投影进行分别控制，使所述光栅投影仪（3）投影出来的结构光栅（6）在管道内壁（4）上间断交替出现，进而使所述照相机（1）的透过所述半透镜（2）对管道内壁（4）场景进行图像采集，交替获得无结构光栅（6）的图像和叠加结构光栅（6）的图像。

2.根据权利要求1所述的单镜头结构光立体成像的装置，其特征在于：所述照相机（1）与所述光栅投影仪（3）由控制器进行脉冲控制，使所述照相机（1）每个拍摄周期内皆获得由一幅场景原图像和一幅用光栅投影仪在管道内壁投上结构光栅后所拍摄的网格化图像。

3.一种利用权利要求1或2所述的单镜头结构光立体成像的装置对管道内场景立体成像的方法，其特征在于，在整个拍摄过程中，采用单镜头摄像和结构光栅对图像网格化相结合，调整照相机不同位置坐标，进行一系列的图像采集，具体为：

第一组拍摄：利用手动或机械控制在三维坐标为（                                                ，，）处，用照相机对管道内壁场景拍摄2次，其中前一次拍摄为管道内壁的第一幅场景原图像P₁₁，其中后一次拍摄为用光栅投影仪在管道内壁投上结构光栅后所拍摄的第一幅网格化图像P₁₂，在管道内壁上的结构光栅上各点坐标（,）,(,),(,)……(,)……（,）；

第二组拍摄：利用手动或机械控制在三维坐标为（，，）处，仍然用照相机对管道内壁场景拍摄2次，其中前一次拍摄为管道内壁的第二幅场景原图像P₂₁，其中后一次拍摄为用光栅投影仪在管道内壁投上结构光栅后所拍摄的第二幅网格化图像P₂₂，在管道内壁上的结构光栅上各点坐标（,）,(,),(,)……(,)……（,）；

第三组拍摄直到第n组拍摄：如第二组拍摄方法以此类推；

根据前述n组拍摄所得到的n幅场景原图像P_n1和n幅网格化图像P_n2，通过所得到的光栅中各点在投影到管道内壁时之间距离的变化，来确定管道内壁场景在空间上的深度信息，依据同一个点在其中两幅网格化图像中的相对位置关系，对从其中所对应的两幅场景原图像照片里得到的管道内壁场景各点的空间点云进行拼接，通过结构光三维测量方法，进而得到管道内壁上物体的空间形状，最终完成对管道内壁场景的立体成像。

4.根据权利要求3所述的对管道内场景立体成像的方法，其特征在于：在整个拍摄过程中，照相机与光栅投影仪由控制器进行脉冲控制，其中照相机控制脉冲的周期是光栅投影仪控制脉冲周期的一半，使光栅投影仪投影出来的结构光栅在管道内壁上间断交替出现，进而使照相机对管道内壁场景进行图像采集，使每组拍摄皆获得由一幅场景原图像和一幅网格化图像组成一组对照图像。

5.根据权利要求3所述的对管道内场景立体成像的方法，其特征在于：在整个拍摄过程中，在每组拍摄之前，皆对照相机和光栅投影仪组成的成像系统进行标定，确定结构光栅与管道内壁的相对位置、照相机拍时的位置和拍摄角度，通过照相机所拍照片中光栅各点的相对坐标，进而得到光栅各点间的距离数据。

6.根据权利要求4所述的对管道内场景立体成像的方法，其特征在于：在整个拍摄过程中，在每组拍摄之前，皆对照相机和光栅投影仪组成的成像系统进行标定，确定结构光栅与管道内壁的相对位置、照相机拍时的位置和拍摄角度，通过照相机所拍照片中光栅各点的相对坐标，进而得到光栅各点间的距离数据。