[发明专利]大尺度内凹弧面多视觉线结构光三维测量实验装置及方法

说明书

本发明公开了一种大尺度内凹弧面多视觉线结构光三维测量实验装置及方法，包括相机扇形基座、激光器基座、连接底板、测量往复机构和激光器调节往复机构，测量往复机构用于驱动激光器调节往复机构整体往复移动，激光器调节往复机构用于驱动激光器基座往复移动，激光器基座上安装有激光器，相机扇形基座包括扇形底盘和调节基块，扇形底盘通过压紧轴转动连接在连接底板上，扇形底盘上设有圆弧调节滑槽和多个调节基块，各调节基块能够沿圆弧调节滑槽在扇形底盘上移动，通过调节基块锁定件能够将调节基块锁定于扇形底盘上，各调节基块上均安装有相机。本发明能够提升测量装置普适性和方法可行性，提高测量精度。

技术领域

本发明涉及三维测量技术领域，特别是涉及一种大尺度内凹弧面多视觉线结构光三维测量实验装置及方法。

背景技术

多视觉线结构光测量是相对单视觉线结构光测量而言的。

单视觉线结构光测量的系统组成包含一个线结构光激光器和一个相机。利用该系统三维测量时，单个相机拍摄经物体表面高差调制后的线结构光条，由光条在图像中的坐标、相机与激光器的位置关系等，得到物体上光条位置的三维坐标，从而完成三维测量。

多视觉线结构光测量系统相对单视觉线结构光测量系统，相机数量由一个变成多个，激光器数量不变，相机按照一定规律(线性、圆周)阵列分布，相机之间视场重合。该系统测量时，每个相机拍摄物体表面的一段线结构光条，后经图像拼接，得到物体表面高差调制后的完整线结构光条，再由光条图像坐标、主相机和激光器位置关系，得到物体上光条位置的完整三维坐标，进而完成三维测量。

线结构光、双目立体视觉和三维激光是目前主要的三种三维测量方法，其中线结构光三维测量以其抗干扰能力强、测量精度高、可拓展性强等特点，被广泛应用于机械制造、工程质检和测绘工程等重点领域中，科研人员开展了大量的研究工作。目前，利用线结构光进行大尺度物体表面三维测量的方法主要包括：大尺度单线结构光测量(方法1)、大尺度多线结构光测量(方法2)和大尺度多视觉线结构光测量(方法3)三种。方法1的测量装置为线结构光测量原型(单个激光器+单个相机)，测量原理为基本的线结构光三角测量，随着测量尺度越大，测量精度越低。方法2和方法3的测量装置均是在方法1装置的基础上拓展形成，其中方法2的测量装置是通过增加测量原型数量构成，方法3的测量装置在测量原型的基础上增加了视觉相机。相较于方法1，方法2和方法3所需标定的参数更多，对标定工具的要求更高，标定过程更复杂，测量精度受参数标定精确性影响较大。

方法2、3的关键在不同相机之间成像光条数据的有机融合，目前主要的方法为“映射拼接法”和“全局统一法”。前者利用相邻图像公共区域特征点在各自坐标系的三维坐标，构建相邻相机之间的坐标映射关系，以实现光条的三维拼接。后者通过标定得到任意局部坐标转换到全局坐标的变换关系，所有相机光条局部测量后再基于上述变化关系实现全局统一。前者的测量精度和效率对特征点提取和匹配算法的准确性和速度依赖极强，然而光条图像信息量稀疏的特点必然导致特征提取和匹配效果不理想，测量精度无法保证。后者对标定工具和方法要求很高，标定难度较大，全局统一变换的累积误差严重影响测量精度。

以上方法及其装置在用于大尺度内凹弧面测量时，除了上述共性不足或难点之外，依次存在以下问题：

(1)方法1及其装置用于高差变化较大的内凹弧面测量，由于相机定焦成像，导致部分区域成像清晰度较差，严重影响整体测量精度。

(2)方法2、方法3及其对应装置多用于特定对象的表面三维测量，传感器位置相对固定，装置的普适性较差。另外，如果相机线性阵列分布的装置用于内凹弧面测量，同样会出现整体测量精度不理想的情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种大尺度内凹弧面多视觉线结构光三维测量实验装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，提升测量装置普适性和方法可行性，提高测量精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：