[发明专利]一种Kinect与条纹反射法结合的类镜面三维面形测量方法

说明书

本发明公开了一种Kinect与条纹反射法结合的类镜面三维面形测量方法，由基于Kinect的三维点云数据获取、条纹反射三维测量两大关键部分组成。本发明的优点是：（1）与传统条纹反射三维测量方法相比：传统条纹反射三维测量只能测量一些简单的标准面形，而Kinect与条纹反射法结合的类镜面三维面形测量方法则不受待测面形限制，可以测量任意面形的物体；（2）基于Kinect与条纹反射法结合的类镜面三维面形测量方法，通过Kinect对待测物体表面三维形貌点云数据进行采集处理，获取得到物体表面初步三维轮廓信息，将初步三维轮廓信息作为传统条纹反射三维测量中波前重建的迭代基准面，极大的减小了迭代次数，提高三维面形重建速度。

技术领域

本发明涉及一种Kinect与条纹反射法结合的类镜面三维面形测量方法，尤其涉及基于Kinect的三维点云数据获取原理和条纹反射三维测量方法。

背景技术

随着工业4.0的提出和实施，制造业智能化、自动化已成为工业发展的大势所趋，对类镜面物体表面形貌高速、高精度的三维数据的获取已迫在眉睫。三维测量方法是支撑智能生产，实现人机互动，3D技术的关键技术之一，是集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术，它为智能化生产提供必需的三维数据。

国内外针对类镜面物体表面形貌的高速三维测量在理论和应用上做了一系列研究，通常类镜面物体的三维测量方法可分为干涉法和条纹反射法。

干涉法通常需要复杂而昂贵的光学器件，一般只能的测量范围较小的类镜面物体，且不能实现动态镜面物体的三维测量。在工程中，特别是在现代制造业中，存在大量类镜面物体需要测量。例如，汽车工业中的喷涂后的车身表面、抛光模具表面，建筑陶瓷行业中的瓷砖表面等均具有类镜面反射性质，类镜面物体三维形貌测量技术具有重要的应用前景。

条纹反射法在测量类镜面物体时由于非接触、全场测量、测量速度快和易于信息处理等优点，在三维测量中有重要意义。三维测量实验装置如图1所示，包括平板显示器、CCD相机、计算机、工作站、参考平面和待测物体；平板显示器将带有特征信息的条纹投射到参考平面表面，由CCD相机采集条纹信息，经过工作站处理后得到参考相位。然后将待测物体放在相同位置，经过工作站得到相应的变形光栅像，计算出参考相位，除去参考相位即得到由待测物面畸变引起的相位变化。再将相位信息与CCD光心、入射光线、反射光线等的标定数据综合分析处理，即可获得最终待测类镜面三维面形。

2009年微软公司率先推出了Kinect，首次提出了人机互动的理念。华硕公司也紧随其后，推出了Xtion系列体感设备。相较于其它专业深度摄像机，Kinect具有成本低、容易配置等优点，在三维重建领域展现出可观的应用前景。

大多数类镜面物体往往具有其特殊性和复杂性，釆用单一测量方法，常常很难达到测量的要求。如传统的条纹反射三维测量方法不仅难以对复杂类镜面物体表面进行三维形貌测量而且对彩色类镜面的测量更是难以实现；而基于Kinect的三维形貌测量方法虽然能够快速获取类镜面物体表面点云数据及颜色信息，但其测量精度相对较低。因此，将二者有效的结合，利用基于Kinect的三维形貌测量方法快速获取面形数据和面形颜色信息，并将获取的待测物体表面形貌点云数据作为条纹反射三维测量方法中波前重建的迭代基准面，恢复三维面形和物体颜色。

此法有效地扩大了条纹反射三维测量方法应用范围，而条纹反射三维测量融入又使得本专利所提方法在指定数据精度、密度、处理时间上更具有灵活性和高效性，这为工业类镜面生产和逆向工程等三维模型重建方法提出了新思路。

发明内容

本发明目的在于提出一种Kinect与条纹反射法结合的三维面形测量方法，该方法相比于传统的正弦条纹投影的三维测量方法，极大地突破了待测类镜面的面形限制，同时也能较好的还原待测物体的颜色信息。

本发明是这样来实现的，一种Kinect与条纹反射法结合的类镜面三维面形测量方法，特征是包含以下步骤：