基于线结构激光被动扫描的快速彩色三维贴图方法

摘要

本发明基于线结构激光被动扫描的快速彩色三维贴图方法，涉及本发明涉及计算机视觉技术具体讲，本发明涉及基于线结构激光被动扫描的快速彩色三维贴图方法。为快速、准确、完整地将彩色信息贴合到激光扫描测量得到的三维点云数据上，本发明采用的技术方案是，建立测量模型：见右下式得到物体的三维轮廓点数据，移动台带动被测物体相对于传感器做平移扫描运动和旋转扫描运动，拍摄彩色图像，将三维轮廓点数据(x，y，z)测量模型，得到像素坐标(u_i，v_i)在彩色图像中寻找数据点对应的(R_i，G_i，B_i)值，与空间坐标贴合在一起可获得对应的坐标彩色信息(x_i，y_i，z_i)-(R_i，G_i，B_i)。本发明主要用于动漫制作、模具设计加工，以及考古学等行业中，要求获得经过颜色渲染的彩色三维数据的场合。

主权项

权利要求书1.一种基于线结构激光被动扫描的快速彩色三维贴图方法，其特征是，依次包括下列步骤：(1)建立空间测量坐标系ow-xwywzw，使ow-xwywzw面在光平面内，为右手坐标系；在CCD像面上建立像面坐标系，其中OX轴沿像素横向方向，OY轴沿像素纵向方向，0为镜头主点在CCD像面的成像点，为像面中心；摄像机坐标系的OXc轴和OYc轴线分别与OX轴OY轴平行，OZc轴指向为摄像机光轴，即从像面中心到镜头光心的连线；使线结构光传感器投射到物体表面产生一条光条，通过提取光条上一点的计算机像素坐标(u，v)进行计算得到定义在光平面内的空间测量坐标系下光条的世界坐标(xw，yw，zw)；建立系统的测量模型：式中，(Xd，Yd)为前述光条上一点在CCD像面坐标系理想坐标，(Xu，Yu)是考虑镜头径向畸变后计算得出的实际坐标，(u，v)为该点的计算机像素坐标，dx，dy，分别是CCD的横向和纵向像元间距，f是镜头焦距，sx是水平方向采集卡采集的像元间距比例因子，k是镜头畸变系数，(u0，v0)是像面中心像素坐标，光平面参数r1，r2，r3，r4，r5，r6，r7，r8，r9，tx，ty，tz为可通过光平面标定确定的从摄像机坐标系到空间测量坐标系的转换矩阵元素，利用系统对物体进行旋转扫描测量，得到物体的三维轮廓点数据；(2)将被测物体维持在转台上固定不动，关闭激光器，将移动台平移到最优拍摄位置zk，移动台带动被测物体相对于传感器做平移扫描运动和旋转扫描运动，使摄像机光轴尽量逼近转轴，物体可以成像在摄像机的像面中心区域，从而使摄像机视场覆盖物体表面的面积达到最大：α＝arctan|r1/r2|xt1＝|tx/sinα-|xA||zo＝xt1·tanα其中r1，r7分别是光平面参数中的oxw轴的方向矢量，zk＝zo+zA，而xA，zA分别是转台停留在平移台起点时，转轴上一点在世界坐标系下的xw轴和zw轴坐标绝对值，α为摄像机光轴在测量坐标系ow-xwzw平面的方向角，xt1为摄像机光轴和光平面的交点到转台中心平移线的距离，利用转台带动被测物体旋转到角度位置：θi＝(α-30)+60-i i分别为0，1，2，3，4，5，对应每一个θi位置，拍摄彩色图像；(3)将三维轮廓点数据(x，y，z)代入步骤(1)建立的测量模型，计算得到(Xu，Yu)，令Yu＝r·Xu，r为比例系数，同样得出Yd＝r·Xd，再次带入测量模型，得到三次方程：利用卡尔丹公式解该方程得到唯一实根Xd，得到Xd，Yd的值，再代入测量模型计算可以得到：根据像素坐标(ui，vi)在彩色图像中寻找数据点对应的(Ri，Gi，Bi)值，与空间坐标贴合在一起可获得对应的坐标彩色信息(xi，yi，zi)-(Ri，Gi，Bi)，将6组数据重新整合，获得完整的被测物体彩色三维信息。