[发明专利]基于双目三维扫描系统的三维重构方法和装置

说明书

本发明公开了一种基于双目三维扫描系统的三维重构方法和装置。该方法包括：利用投影设备将条纹图像投射到被测物体上，产生调制后的条纹图像；利用第一摄像机采集调制后的条纹图像得到第一图像，利用第二摄像机采集调制后的条纹图像得到第二图像，利用不可见结构光扫描模组采集被测物体的深度图；根据深度图将第一图像中的条纹与第二图像中的条纹进行匹配；查找相匹配的对应条纹中心线段中单个点的对应关系得到对应点对；将对应点对重建为三维点云数据。本发明解决了现有的手持条纹双目三维扫描技术中随着条纹数量的增多导致对应点匹配错误率增大的技术问题。

技术领域

本发明涉及三维扫描领域，具体而言，涉及一种基于双目三维扫描系统的三维重构方法和装置。

背景技术

三维数字化技术是近年来国际上活跃研究的一个新兴交叉学科领域，被广泛的应用到逆向工程、文物保护、工业检测及虚拟现实等诸多领域。而手持便携式三维扫描仪以其便捷性，灵活性的优点在三维扫描领域被广泛应用。现有手持式三维扫描仪的原理主要是基于结构光的主动立体视觉方式，结构光的模式可以有多种，如红外激光散斑、DLP投影散斑、DLP投影的模拟激光条纹、激光条纹等。这些结构光模式中以DLP投影的模拟激光条纹，激光条纹为结构光的手持三维扫描仪的精度最高、扫描细节最好。以DLP投影的模拟激光条纹，激光条纹为结构光为例的基本工作流程是：

(1)对投射的条纹进行平面拟合；

(2)根据采集到的条纹图进行标志点提取及条纹中心提取；

(3)对条纹中心进行连通域分割，根据平面方程对左右相机图像上的条纹进行对应点匹配；

(4)利用两相机的极线约束关系查找左右相机图像上对应的标志点中心；

(5)根据扫描系统的标定参数，采用三维重建算法对已经匹配好的对应条纹及对应标志点中心进行三维重建。

上述过程中左右相机图像上的对应条纹匹配主要是基于条纹平面方程的指导，在条纹数量大于15的时候左右相机图像上的对应条纹的匹配错误率将显著提高，进而噪声增加降低扫描数据的准确性。当条纹数量小于15时扫描效率得不到有效提高。故而在固有的扫描帧率限制下提高扫描效率的有效方法是增加条纹数量同时提高条纹匹配的准确性。

但是现有的手持多条纹双目三维扫描技术，在扫描过程中，随着条纹数量增多对应点匹配错误率增大，导致扫描数据杂点增多；并且在扫描前，需要标定光平面，对系统的设备安装精度及稳定性的要求更苛刻；另外，随着条纹数量增加左右图像对应条纹的查找复杂度急速增加；以及，条纹数量会受到限制，无法充分利用相机视场的所有范围，使得扫描效率得不到提高。

针对现有的手持条纹双目三维扫描技术中随着条纹数量的增多导致对应点匹配错误率增大的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于双目三维扫描系统的三维重构方法和装置，以至少解决现有的手持条纹双目三维扫描技术中随着条纹数量的增多导致对应点匹配错误率增大的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种基于双目三维扫描系统的三维重构方法，所述双目三维扫描系统包括：不可见结构光扫描模组、第一摄像机、第二摄像机、投影设备，其中，所述方法包括：利用所述投影设备将条纹图像投射到被测物体上，产生调制后的条纹图像；利用所述第一摄像机采集所述调制后的条纹图像，得到第一图像，利用所述第二摄像机采集所述调制后的条纹图像，得到第二图像，利用所述不可见结构光扫描模组采集所述被测物体的深度图；根据所述深度图将所述第一图像中的条纹与所述第二图像中的条纹进行匹配；查找相匹配的对应条纹中心线段中单个点的对应关系，得到对应点对；将所述对应点对重建为三维点云数据。