[发明专利]基于光栅投影双目成像技术的盾构渣土体积实时测量方法

权利要求书

1.一种基于光栅投影双目成像技术的盾构渣土体积实时测量方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤(1)、利用激光投影仪投射具有一定编码的结构光全面覆盖渣土车土斗车厢；

步骤(2)、利用平面标定法对单个摄像机进行内外参数标定，然后利用立体标定法对两台摄像机之间的立体关系进行标定；

步骤(3)、标定完成以后，采用双目摄像机对光栅图像进行采集，得到光栅图片；

步骤(4)、利用四步相移法进行光栅图片相位展开，获取绝对相位；

步骤(5)、在获取绝对相位之后，利用基于ORB算法组合的改进算法SUORB进行特征点匹配；

步骤(6)、对点云数据进行预处理，完成三维重建，模拟出渣土车土斗车厢三维形貌；采用标准高斯滤波对散乱点云去噪，采用直接简化方法对点云数据进行简化，借助某些邻域结构获取点云数据的邻域信息，在邻域范围内进行局部简化；采用基于Delaunay三角剖分的四面体剖分法对散乱点云的凸包进行四面体剖分，然后基于最小二乘平面计算得到各散乱点的法向量，利用四面体顶点的法向量是否与四面体外接球相交来剔除体外四面体，处理后得到精确四面体结构；

步骤(7)、采用行列式法计算四面体顶，可得四面体体积V，计算各四面体的体积之和就可以计算出渣土的体积；

步骤(8)、依次重复上述(1-7)步骤计算渣土车土斗车厢装载后的体积，减去装载前的体积即为要测量的盾构渣土体积。

2.如权利要求1所述的基于光栅投影双目成像技术的盾构渣土体积实时测量方法，其特征在于，步骤(1)中，采用基于彩色编码的直接编码方式对结构光进行编码，由激光投影仪将经过编码的多条结构光投射到渣土车土斗车厢上，这些光条组成面投到渣土车土斗车厢表面；投射模式为竖直条纹，渣土车土斗车厢内表面因为有渣土会出现凹凸变化，原本等间距的竖直条纹，经过渣土调制，变成扭曲条纹，扭曲的条纹包含着渣土车土斗车厢内渣土的高度信息。

3.如权利要求1所述的基于光栅投影双目成像技术的盾构渣土体积实时测量方法，其特征在于，步骤(2)中，

单个摄像机标定具体方法如下：采用齐次坐标，描述点P和成像设备上的点p，有点点则用单应性表示为：

其中,s是一个常量，表示缩放尺度比例，单应性矩阵H包括两部分:用于定位观察的物体平面的物理变换和使用摄像机内参数矩阵的投影，由以上公式完成一个二维平面上的点到摄像机上的映射，完成单个摄像机标定。

4.如权利要求1所述的基于光栅投影双目成像技术的盾构渣土体积实时测量方法，其特征在于，步骤(2)中，

双目摄像机立体标定过程采用如下公式：

P_l＝R^T(P_r-T) (2)

其中，世界坐标系下物点在右摄像机坐标系下的观测坐标为P_r，世界坐标系下物点在左摄像机坐标系下的观测坐标为P_l，T为从左摄像机坐标系到右摄像机坐标系的平移向量，R为旋转矩阵。

5.如权利要求1所述的基于光栅投影双目成像技术的盾构渣土体积实时测量方法，其特征在于，步骤(4)中，

由以下公式计算出绝对相位：

φ_a(x,y)＝φ(x,y)-φ₀ (3)

其中，为由四幅光栅图像计算出光栅图像的相位主值，φ₀是假设计算机生成的条纹图案的初始相位为0，而由摄像机捕获的图片计算得到的相对相位。

6.如权利要求1所述的基于光栅投影双目成像技术的盾构渣土体积实时测量方法，其特征在于，步骤(5)中，

首先生成多尺度空间，并在多尺度空间里检测稳定的极值点，以便提取出的特征点具有尺度不变信息；然后使用ORB描述符来描述特征点，生成旋转不变性的二进制描述符，最后实现特征点匹配，得到点云数据。