基于激光影像的物体三维模型重建系统及方法

摘要

一种基于激光影像的物体三维模型重建系统及方法，系统包括计算机、单片机、步进电机、旋转云台、激光器、相机、棋盘标定板以及三脚支架；重建过程包括根据张正友经典的棋盘标定方法，通过硬件系统获取标定图像和生成相机参数；通过软件控制单片机，从而实时控制步进电机，使目标物体表面360°地经过激光线的扫描，相机实时拍摄，得到目标图片，并导入计算机，用于点云的选择性获取，通过激光三角测量方法得到点云空间三维坐标，重建目标物体的三维模型。

主权项

一种基于激光影像的物体三维模型重建系统实现的物体三维模型重建方法，其特征在于：所述物体三维模型重建系统包括计算机、单片机、步进电机、旋转云台、激光器、相机、棋盘标定板以及三脚支架，相机与计算机连接，计算机连接单片机，单片机连接步进电机；步进电机、相机、激光器分别安装在一个三角支架上，旋转云台安装在步进电机的螺杆上，步进电机螺杆切面与云台的平行关系由螺帽连接搭建；相机与旋转云台处于相同高度，且相机视野范围内包含旋转云台；激光器产生的一字激光线与棋盘标定板的方格边缘重合，并穿过旋转云台的中心，旋转云台上安装圆水准器；物体三维模型重建过程包括以下步骤，步骤1，根据棋盘标定方法进行标定图像的获取及相机参数生成，通过激光面的标定固定激光扫描的目标点的一维坐标，进行旋转平台标定；所述激光面的标定，包括调整激光器的光圈，使激光线与拍摄最后一幅图像的棋盘标定板上的第二条竖直线相重合，并且调节激光亮度，直到在测量物体上的激光线最细最清楚为止，激光面标定完成，激光面的位置就是与其重合的标定板上的竖直线的位置；所述旋转平台标定包括旋转中心位置的确定和平台整平，所述旋转中心位置的确定，包括移动支撑旋转云台的三脚架，使标定过的激光线穿过旋转中心，并在旋转云台上留下清晰的激光线，相机拍摄一幅完整的旋转云台图像，利用图像处理的方法检测激光线及其中点的像素，根据相机标定参数和中心投影的共线方程计算中点的三维空间坐标，作为旋转中心的坐标；所述平台整平，包括将圆水准器轻放于旋转云台上，调整三脚支架的支撑杆调节角度，直至圆水准器的气泡居中为止；步骤2，获取物方图像，包括通过计算机控制单片机，经单片机实时控制步进电机使旋转云台以预设的步幅转动，使目标物体表面360°或部分地经过激光器所输出激光线的扫描，同时相机实时拍摄，得到多幅目标物体的物方图像并输入计算机；拍摄时目标物体绕旋转云台中心旋转，激光线穿过旋转云台中心；步骤3，激光线检测及点云伪空间三维坐标的生成，包括由计算机将步骤2得到的物方图像由RGB空间转化为HSV空间，通过激光检测函数获取激光点像素坐标作为拍摄得到的目标点二维坐标；通过激光三角测量方法得到点云伪空间三维坐标，并使每幅物方图像的点云经过以转轴为中心的旋转恢复原本位置，得到真实的空间三维坐标；所述通过激光三角测量方法得到点云伪空间三维坐标，是通过激光扫描的目标点一维坐标与拍摄得到的目标点二维坐标联合演算得到点云伪空间三维坐标；步骤4，三维重建，包括根据步骤3所得真实的空间三维坐标，利用OpenGL函数库重建目标物体的三维模型，并将目标物体的三维模型围绕中心360°转动，进行展示。