[发明专利]一种三维扫描内窥镜和三维扫描方法

说明书

技术领域

本发明涉及内窥镜技术领域，具体涉及一种三维扫描内窥镜和三维扫描方法。

背景技术

工业内窥镜作为无损检测的一种，可以用来在不损害部件表面的情况下，准确的观察部件的工作状态和表面结构，随着工业内窥镜的发展，工业内窥镜已经广泛应用到复杂工业环境中，特别是高温，有毒，核辐射等人类无法使用肉眼观察到的环境中。而传统的基于二维图像的内窥镜由于无法定量计算出待测工件的尺寸，距离和截面，也逐渐被具有三维测量功能的内窥镜所部分取代。工业内窥镜从单纯的二维图像内窥镜向具有三维测量功能的内窥镜方向发展。

目前存在一种能够实现三维测量功能的双电荷耦合元件(CCD，Charge-coupled Device)工业内窥镜。双CCD工业内窥镜采用的是立体视觉原理，在实现三维测量功能时需要人工手动指定特征点，因此，只能实现逐点的手工测量，并且，在待测工件纹理特征较少时无法准确测量出待测工件的三维轮廓信息，从而无法重构出待测物体表面的精确三维形貌。

发明内容

本发明提供一种三维扫描内窥镜和三维扫描方法，用于提高被测物体三维轮廓信息的测量准确性。

本发明第一方面提供一种三维扫描内窥镜，包括：

用于获取被测物体的视频图像的第一摄像头；

用于与上述第一摄像头同步获取上述被测物体的视频图像的第二摄像头；

用于向上述被测物体发射激光条纹，并使上述激光条纹在上述被测物体的待测面上沿同一直线方向均匀移动的激光线发射单元，其中，上述被测物体的待测面是指上述被测物体上与上述三维扫描内窥镜相对的面；

分别与上述第一摄像头、上述第二摄像头和上述激光线发射单元连接的处理单元；

其中，上述处理单元用于：根据相机标定方法对上述第一摄像头和上述第二摄像头进行标定，获取外极线约束条件；根据上述外极线约束条件对上述第一摄像头和上述第二摄像头同步获取的每帧视频图像进行三维轮廓重建，得到上述被测物体的待测面的三维轮廓信息；

其中，上述根据上述外极线约束条件对上述第一摄像头和上述第二摄像头同步获取的每帧视频图像进行三维轮廓重建，包括：根据边缘检测算法分别检测上述第一摄像头获取的第一帧视频图像和上述第二摄像头获取的第二帧视频图像中，位于上述被测物体上的激光条纹的激光中心线，其中，上述第一帧视频图像和上述第二帧视频图像分别由上述第一摄像头和上述第二摄像头在同一时刻获取；根据上述外极线约束条件计算上述激光中心线上每一点的三维坐标值，得到上述激光中心线在上述被测物体上的三维轮廓信息；

其中，上述根据上述外极线约束条件计算上述激光中心线上每一点的三维坐标值，包括：

对于上述第一帧视频图像的上述激光中心线上的任一点i，根据上述外极线约束条件检测上述点i在上述第二帧视频图像的上述激光中心线上的位置；

根据上述点i在上述第一帧视频图像的位置和上述点i在上述第二帧视频图像上的位置，计算上述点i的三维坐标值。

本发明另一方面提供一种三维扫描方法，应用于三维扫描内窥镜，上述三维内窥镜包括：第一摄像头、第二摄像头、激光线发射单元，以及分别与上述第一摄像头、上述第二摄像头和上述激光线发射单元连接的处理单元；

上述三维扫描方法包括：

上述第一摄像头和上述第二摄像头同步获取上述被测物体的视频图像；

上述激光线发射单元向上述被测物体发射激光条纹，并使上述激光条纹在上述被测物体的待测面上沿同一直线方向均匀移动，其中，上述被测物体的待测面是指上述被测物体上与上述三维扫描内窥镜相对的面；

上述处理单元根据相机标定方法对上述第一摄像头和上述第二摄像头进行标定，获取外极线约束条件；根据上述外极线约束条件对上述第一摄像头和上述第二摄像头同步获取的每帧视频图像进行三维轮廓重建，得到上述被测物体的待测面的三维轮廓信息；

具体的，上述处理单元上述根据上述外极线约束条件对上述第一摄像头和上述第二摄像头同步获取的每帧视频图像进行三维轮廓重建，包括：根据边缘检测算法分别检测上述第一摄像头获取的第一帧视频图像和上述第二摄像头获取的第二帧视频图像中，位于上述被测物体上的激光条纹的激光中心线，其中，上述第一帧视频图像和上述第二帧视频图像分别由上述第一摄像头和上述第二摄像头在同一时刻获取；根据上述外极线约束条件计算上述激光中心线上每一点的三维坐标值，得到上述激光中心线在上述被测物体上的三维轮廓信息；