[发明专利]一种基于多立体跟踪器的大型物体三维建模系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于三维测量技术领域，涉及一种大型物体三维建模系统及方法，特别是一种基于多立体跟踪器的大型物体三维建模系统及方法。

技术背景

在工业生产中，往往有很多大型工件，例如船舶外板、船舶曲面分段、飞机外壳等，在生产过程中，往往需要获取这些大型工件的三维形状。获取大型物体的三维数据的基本思路是：分别获取局部区域的三维数据，然后拼接局部数据，形成完成的数据。目前的三维形状获取方法，主要包括以下几种。一是采用结构光技术，结构光技术适合于获取小型物体的三维形状，速度快、精度高，但在测量大型物体时，局部建模结果拼接问题仍然无法有效解决，往往存在较大误差。二是采用激光技术实现测量，激光测量技术在测量大型物体时，虽然精度较高，但是速度较慢。

文献“三维点云对齐中基于结构光立体成像的基准标记检测(Three-dimensional point cloud alignment detecting fiducial markers by structured light stereo imaging)”【Barone,S.,Paoli,A.,Razionale,A.V.:Three-dimensional point cloud alignment detecting fiducial markers by structured light stereo imaging.Mach.Vis.Appl.23(2),217–229(2012)】，公开了一种测量大型物体的方法，该方法首先在被测的大型物体表面粘贴标记，然后利用结构光三维扫描仪逐次测量局部数据，再根据标记将局部数据拼接在一起后完成整体测量。但是这种方法，存在以下缺陷：一是需要手工方式粘贴标记，并且对于加工中船舶外板类工件，由于表面温度较高，贴标记比较困难。二是建模不能一次完成，需分多次测量，然后拼接，致使整个建模过程操作复杂，效率低下，测量精确度低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处，提供一种基于多立体跟踪器的大型物体三维建模系统及方法，无需在被建模物体表面手工贴标记，可一次性完成大型物体的三维形状建模与测量，效率高，简便易行，测量精确度高。

为了解决上述现有技术的问题，本发明采用以下技术方案。

本发明的一种基于多立体跟踪器的大型物体三维建模系统，其特征在于，包括：

一台含有两个工业相机和一个投影仪的三维扫描仪、多台立体跟踪器、分别设置于被测大型物体两侧的两条互为平行的导轨、一台GPU服务器；

所述的三维扫描仪设置于一个支架上，所述支架可沿导轨直线运动；

所述的多台立体跟踪器，通过各自的支承件沿被测大型物体一侧导轨的外侧纵向依次间隔放置；每台立体跟踪器设置有两个工业相机；

所述的三维扫描仪和每台立体跟踪器上均安装有多个LED标记；

所述的工业相机和投影仪分别通过千兆网线和USB接口连接到所述的GPU服务器；

所述的系统通过所述的三维扫描仪依次测量物体的各局部区域，利用多台立体跟踪器定位三维扫描仪的姿态，然后拼接所述的三维扫描仪依次测量物体的各局部形状数据，从而实现大型物体的三维形状建模。

所述的多台立体跟踪器从距离所述的三维扫描仪最近处，依次分别标记为：T₁，T2，…T_k，其放置原则是：所述的立体跟踪器T_k-1可以看到立体跟踪器T_k上的所有LED标记；所述的k∈{2，…，n}。

所述的n个立体跟踪器按顺序放置后，位置固定不动。

所述的立体跟踪器T₁上不安装LED标记。

本发明的一种基于多立体跟踪器的大型物体三维建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)三维扫描仪安放在支架上，支架安装于平行导轨上，可以沿导轨直线运动；在三维扫描仪上，安装多个发光LED标记，作为被跟踪标记；

(2)沿被测大型物体一侧导轨的外侧，纵向依次间隔放置多个立体跟踪器，令T_k表示第k个立体跟踪器，所述的k∈{2，…，n}；在立体跟踪器T_k上安装多个LED标记，但立体跟踪器T₁上不安装LED标记。所述的多台立体跟踪器放置原则是：所述的立体跟踪器T_k-1可以看到立体跟踪器T_k上的所有LED标记。

所述的n个立体跟踪器按顺序放置后，位置固定不动。