[发明专利]基于线结构光多角度投影的高反射表面三维测量方法

说明书

本发明公开了基于线结构光多角度投影的高反射表面三维测量方法，由激光三角法原理、线结构光入射角度调整方法、三维点云数据处理三大关键部分组成。本发明的优点是：(1)传统的高光点去除方法是对三维点云数据中镜面反射噪声或离群点进行去噪，这样会导致在去除噪声同时也去除了局部的有效信息，本发明通过改变激光器入射角度，使得镜面反射噪声或离群点发生的位置发生偏移，以便后期处理可以保留有效信息的同时去除镜面反射噪声，从而提高测量精度。(2)该方法在针对具有高反射表面物体的高精度三维测量方面具有很高的实用价值。

技术领域

本发明属于光电检测领域，具体涉及一种线结构光多角度投影的高反射表面三维测量方法。

背景技术

线结构光扫描三维测量方法在测量具有高反射表面的类镜面物体时有速度快、精度高、价格低、而且线结构光视觉传感器的体积小，安装和调试简单等优点，适用于一般物体的三维测量，已广泛应用于工业制造、文物保护、医疗等诸多领域。一般的线激光扫描测量实验装置包括线激光器、CCD相机、电动平移台、平移台控制器、计算机、标定板和待测物体；由线激光器将线激光投射到被测物体表面，如果物体沿激光光轴移动或者物体表面深度发生变化，那么CCD光敏面上的成像点也会随之移动，此时，由CCD相机接收投射到物体表面发生畸变的线激光图像，通过相机标定和激光平面标定所得的相机内外参数和激光平面方程结合激光三角法的原理可以得到物体的高度信息，经过计算机的相关处理即可恢复出相应的三维点云数据。

在实际的测量情况中，有很多被测物体具有镜面反射的特征，例如金属零部件、陶瓷、光学器件、抛光模具、焊缝等，运用线结构扫描的方法对镜面反射特征物体进行测量是当前的热点与难点，当线激光投射到具有镜面反射特征的物体表面时，会导致图像过饱和或过暗，如果被测物体表面呈现出镜面反射特征，就会导致相机接收到的激光条纹信息不准确，使恢复出的三维点云数据失真，大幅降低精度，无法满足测量要求。目前方法大多是通过相关算法对恢复出的带有镜面反射造成的噪声或离群点的点云数据进行去噪，这些方法在去除噪声后相应位置的点云数据是空缺的，既没有噪声也没有有效信息，此时往往采用拟合的方式对相关的空缺部分进行补偿，但是和物体实际的高度信息差别较大，对测量精度的影响依然很大。

在工业制造领域，大量涉及到对具有镜面反射表面的物体的精密制造，对具有镜面反射表面物体的三维测量在实际中具有极大的意义，但是目前对于具有镜面反射表面的物体的三维测量还是难点，相关的研究还处于起步阶段，本发明所提出的针对镜面表面的线激光扫描三维测量方法为解决镜面反射表面的物体的测量提供了一种新的解决方案。

发明内容

本发明目的在于提出一种基于线结构光多角度投影的高反射表面三维测量方法，此方法相较于传统的镜面反射表面物体的三维形貌测量方法，对点云数据中镜面反射噪声去除，本发明在测量精度上有明显的提高。

本发明提出了一种基于线结构光多角度投影的高反射表面三维测量方法，利用镜面反射模型的特性，通过改变线激光入射角度对具有高反射表面的物体进行三维测量的方法。在测量系统中加入一个三维的参考物体，在参考物体表面标记一个具有和线激光投影在其表面时形成的条纹重合的标记线，当线激光扫描测量过程中遇到镜面反射较多的区域时，调整线激光的入射角度，并保证调整角度后的激光条纹与参考物表面所标记的参考线重合，此时的激光平面在世界坐标系和相机坐标系中的位置并没有发生改变，也避免的二次标定和点云数据拼接等的繁琐步骤，由于改变线结构光的入射角度，从而可以改变相机接收到的图片中镜面反射在物体表面发生的位置，利用这一特性，两次不同入射角度的激光条纹在同一相机视场中获得的两个图像镜面反射的位置不同，但是两个激光条纹实际上是投射在同一位置，两次所获得的点云数据在不包含镜面反射所造成的噪声的情况下是一致的，因此可以将两次获得的点云数据在世界坐标系或相机坐标系下统一在同一个位置，即对两组点云数据求并集，此时，点云数据中包含两组不同位置的镜面反射造成的噪声，并且所有地方都包含有效高度信息，只需要将两组镜面反射造成的噪声去除即可得到完整的三维点云数据，避免了一般的算法在去除噪声后会在相应位置的点云数据形成数据缺失的缺点，保证了测量精度。