[发明专利]一种基于平面反射镜的物体全方位三维测量方法

说明书

本发明公开了一种基于平面反射镜的物体全方位三维测量方法，首先是搭建摄像机和投影仪组成的条纹投影轮廓术系统，将贴附有标定纸条的左平面反射镜和右平面反射镜设置在被测物体后面，使用投影仪向被测物体投出相移条纹，并触发摄像机同步采图，将缠绕相位图解算为绝对相位图，由绝对相位得到被测物体的三维点云数据，并用标定纸条对平面反射镜进行标定，实现通过单次测量即可得到物体全方位的三维点云数据，最后利用ICP迭代算法对点云进行配准，使点云之间相同的部分尽可能地重合。本发明具有低成本，简单高效，高精度的优势。

技术领域

本发明属于光学测量技术与计算机立体视觉领域，特别是一种基于平面反射镜的物体全方位三维测量方法。

背景技术

随着现代信息技术的发展，三维成像技术被广泛应用于监控安防、数字文化保护、逆向工程、产品质量检测和虚拟现实等领域。作为三维成像技术中的一种，基于结构光投影和三角测量原理的条纹投影轮廓术具有非接触、精度高、速度快等优点，近些年来一直作为热门方向被研究。但是单纯的获取被测物体的一部分三维信息并不能很好地满足实际生产的需要，在实际生产中，通常要获取被测物体的全方位三维信息(文献“Automated 360°profilometry of3-D diffuse objects”，作者Maurice Halioua等)。由于光沿直线转播的性质，所以在由单个摄像机和投影仪组成的传统的条纹投影轮廓术系统中，只有同时被投影仪投出条纹图案照射到以及摄像机拍摄到的部分才能被重构为三维点云数据。其他部分由于被遮挡，无法被重构，从而实现不了物体全方位三维信息的测量。

为了实现全方位三维信息的测量，通常利用到转台或者机械臂等工具(文献“A 3Dmeasurement method based on multi-view fringe projection by using aturntable”，作者Li-mei Song等)，通过对多个视角的测量，获得多个视角的三维点云数据，最后对这些点云数据进行拼接，从而得到全方位的三维点云数据。由于这种方法需要多次测量，且后续的点云拼接操作复杂，所以存在着费时费力，精度易受转台平整度等机械因素影响，无法测量动态场景等缺陷。除此之外，也有人提出用平面反射镜进行全方位的三维测量(文献“Surround structured lighting:3-D scanning with orthographicillumination”，作者Douglas Lanman等)，但是这些系统普遍存在着成本不菲，光路复杂，系统标定操作繁琐，测量精度低等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低、简单高效和高精度的基于平面反射镜的物体全方位三维测量方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于平面反射镜的物体全方位三维测量方法，步骤如下：

步骤一：搭建基于平面反射镜的条纹投影轮廓术系统，首先搭建摄像机和投影仪组成的条纹投影轮廓术系统，然后将贴附有标定纸条的左平面反射镜和右平面反射镜设置在被测物体后面，调节贴有标定纸条的平面反射镜的位置，通过平面反射镜的反射作用，摄像机同时观察到被测物体的三个视角的信息；

步骤二：投影相移条纹并采图，使用投影仪向被测物体投出相移条纹，并触发摄像机同步采图；

步骤三：求解相位并重构点云，对于步骤二中采集到的条纹图案，采用基于条纹投影的相移轮廓术解算出不同频率条纹下的缠绕相位图，随后利用时域相位解缠算法，将缠绕相位图解算为绝对相位图，利用投影仪和摄像机的标定参数，由绝对相位得到被测物体的三维点云数据；

步骤四：用标定纸条对平面反射镜进行标定，即利用步骤二和步骤三中的方法对平面反射镜上面的标定纸条的三维信息进行重构，得到标定纸条的三维空间姿态信息，并进行平面拟合，用以近似代替平面反射镜的空间姿态信息，计算拟合平面的单位法向量以及世界坐标系原点到拟合平面的距离，完成两块平面反射镜的标定工作；