基于机器视觉的远程三维扫描系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于机器视觉的远程三维扫描系统及方法，该系统包括硬件设备和配套的软件系统两个部分，硬件设备包括图像采集设备、滤光片、光源及摄像机标定设备等，针对自然环境下物体三维点云的快速获取问题，设计了一套三维扫描硬件设备并开发了一套配套的软件系统，结合图像采集方法、摄像机焦距标定方法、系统标定方法、图像处理方法和三维点云获取方法，不但可快速完成对物体的三维扫描工作，还可实现设备对环境光的鲁棒性且不会降低三维点云计算的精度。与现有同类产品相比，本发明具有获取三维点云不受到环境光条件的限制、扫描速度较快、扫描精度高、设备结构简单且成本低廉并且使用不受时间地点限制等优点。

主权项

一种基于机器视觉的远程三维扫描系统，包括摄像机，其特征在于，所述的摄像机设置一对，安装在水平的支架上，并使两个摄像机的光轴相互平行且平行于水平面；两个摄像机通过交换机连接至计算机系统；扫描物放置在两个摄像机前方的公共视野区域内，利用激光器匀速扫射扫描物；该扫描系统还包括标定板和设置在标定板上的标定光源；所述的计算机系统包括依次连接的图像采集模块、摄像机焦距标定模块、系统标定模块、图像处理模块和三维点云获取模块，其中：图像采集模块，利用摄像机进行实时图像采集；摄像机焦距标定模块，利用标定板完成摄像机焦距参数的标定；标定板在平行于摄像机光轴的方向上运动，摄像机在标定板的不同位置拍摄两幅图像，利用两幅图像及位移距离的几何关系，计算得到摄像机焦距参数；系统标定模块，利用两个摄像机获得的标定板的图像，根据投影关系和反对称矩阵、罗德里格矩阵性质，求得摄像机的平移旋转矩阵；图像处理模块，在激光器扫射扫描物的过程中，对图像采集模块采集到的两个摄像机拍摄的图像进行预处理，并利用光条图像上的光强极值点附近所有点的光强信息，实现两幅图像中光条的提取；三维点云获取模块，利用系统标定模块求得的平移旋转矩阵，可在图像处理模块提取到的光条中心中，找到变换前后光条中心的匹配点，作为匹配点对；利用匹配点对与两摄像机光轴中心，及其形成的两直线，计算得到的交点为实际扫描物点的三维点坐标。