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一种面向光滑曲面网格无痕划分的投影标记系统及其工作方法

阅读：1019发布：2020-08-23

专利汇可以提供一种面向光滑曲面网格无痕划分的投影标记系统及其工作方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于计算机视觉处理技术领域，提供一种面向光滑曲面网格无痕划分的投影标记系统及其工作方法。该投影标记系统包括照相机、半透半反射镜、笔记本电脑和激光光栅投影器；通过半透半反射镜将曲面信息反射给照相机进行拍摄，照相机将拍摄的数据信息传输给笔记本电脑，笔记本电脑通过识别到的曲面的特征信息，自主组配网格图案，确保线型、网格之间能够无缝拼接，然后反馈给激光光栅投影器，最后通过半透半反射镜将网格图案投影到曲面上。采用本发明投影标记系统及其工作方法，使得三维扫描软件能够准确识别曲面上的编码标记点信息，最终生成具有光滑曲面的三维模型。，下面是一种面向光滑曲面网格无痕划分的投影标记系统及其工作方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种面向光滑曲面网格无痕划分的投影标记系统，其特征在于：包括照相机、半透半反射镜、笔记本电脑和激光光栅投影器；通过半透半反射镜将曲面信息反射给照相机进行拍摄，照相机将拍摄的数据信息传输给笔记本电脑，笔记本电脑通过识别到的曲面的特征信息，自主组配网格图案，确保线型、网格之间能够无缝拼接，然后反馈给激光光栅投影器，最后通过半透半反射镜将网格图案投影到曲面上。
2.根据权利要求1所述的面向光滑曲面网格无痕划分的投影标记系统，其特征在于：所述激光光栅投影器由一个或多个激光光栅投影笔构成，激光光栅投影笔投影出不同的线条形式，包括线型粗细、线型颜色、网格大小和网格类型，网格类型又分为直线型网格包括矩形网格、菱形网格、多边形网格，曲线型网格包括花瓣网格。
3.根据权利要求1所述的面向光滑曲面网格无痕划分的投影标记系统，其特征在于：所述半透半反射镜是在玻璃上镀了一层半反射膜，通过镀膜使得该玻璃的透射率和反射率各
50%。
4.一种如权利要求1所述的面向光滑曲面网格无痕划分的投影标记系统的工作方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
（1）拍摄
通过半透半反射镜将待重构物体的曲面信息反射给照相机进行拍摄，并将拍摄的数据信息传输给笔记本电脑，以确定待重构物体的大小；
（2）规划
笔记本电脑通过识别到的曲面的特征信息，按照待重构物体的大小，并根据网格无痕拼接方法得到激光光栅投影笔的个数以及确定激光光栅投影笔所摆放的距离和方位，然后反馈给激光光栅投影器，最后通过半透半反射镜将网格图案投影到曲面上；
其中网格无痕拼接方法如下：
第一步，根据光滑曲面的大小确定激光光栅投影笔的个数，对于直线型网格要保证光滑无冗余拼接布满整个曲面，对于曲线型网格，保证网格冗余量尽可能小；
第二步，根据待投影曲面的大小，首先调整1号激光光栅投影笔摆放的距离以及角度确定网格1能够布满当前界面，由网格1，即1号激光光栅投影笔所投影的网格的右侧上、下边缘的点要吻合对应上2号激光光栅投影笔所投影的网格2左侧上、下边缘的点，以此确定2号激光光栅投影笔放置的位置及角度，以此类推，保证整个曲面上网格无冗余或最小冗余拼接；
（3）采集
再次通过半透半反射镜拍摄待重构物体以及投影到物体表面上的图案，并将拍摄的数据信息传输给笔记本电脑，以采集图像信息；
（4）建模
通过对待重构物体进行网格图案投影，增加物体的特征信息，通过对投影后的特征信息进行提取和匹配，获得被测物体的点云数据，在不同的视角下进行采集，最终经过点云配准，获取完整的点云数据，对三维模型完成重构，获得三维信息。

说明书全文

一种面向光滑曲面网格无痕划分的投影标记系统及其工作

方法

技术领域

[0001] 本发明属于计算机视觉处理技术领域，具体涉及一种面向光滑曲面网格无痕划分的投影标记系统及其工作方法。

背景技术

[0002] 立体视觉是可用于获取环境的3D信息的计算机视觉技术之一。立体视觉原理包括对来自两个或更多个相机的某个表面进行成像。然后，解决相机之间的对应问题，可以使用三角测量来重建匹配像素的3D位置。但是，对应问题并不总是很容易解决。为了缓解这个问题，出现了结构光技术。这样的技术基于用光源替换其中一个照相机。然后，将一组已知图案投影到测量场景上，并利用其余相机抓取图像，对应问题通过图案投影到的所有点来解决。结构化光系统可以实现一些重要的功能，如：大量的3D重建点（高分辨率）均匀分布在测量表面上，在3D测量中具有良好的精度。大部分结构化光源系统都是基于将激光条纹扫描到测量表面上并获取激光光源每个已知角度的图像。这样的系统获得非常精确的测量结果，但是必须抓取的大量图像且不允许测量移动表面。为了解决这种限制，可以使用一些主要基于独特图案投影的编码结构光系统。

[0003] 在三维扫描测量中，通常的三维测量系统一次只能得到被测物体一个侧面的点云数据,要得到物体完整的形状信息，需要多次移动摄像头进行多视角检测，步骤繁琐。由于在不同视角进行测量时的坐标系不同，所以必须将多视角下测量的曲面三维数据进行数据拼接，将其转换到同一坐标系下以得到物体整个表面的形状信息。对于大面积物体全场检测的三维数据拼接，为了避免多次拼接的累计误差，数据拼接应利用数码相机对物体进行大面积全场拍摄，在拼接中引入编码标志点，通过对物体表面的标志点编码特征及空间特征进行检测、匹配，获得全场各拍摄图像之间的坐标变换关系，从而构造出物体的空间特征点框架，此基础上利用小幅三维扫描获得的点云数据“粘贴”到框架上的方法实现。

[0004] 基于标记点的点云拼接方法拼接精度高，稳定性强，应用的较为广泛，但测量前贴点比较耗时，特别是大型物体的形面测量；同时许多被扫描表面不允许粘贴标志点，如珍贵文物等；而且物体表面粘贴标记点的地方由于光的反射通常很难计算出三维数据，需要点云补洞、去除特征等后处理来恢复数据的完整性，所以粘贴标记点会影响测量的真实性，并加大后期点云处理的难度，所以基于标记点的点云拼接技术在实际使用时仍存在一定的限制。

[0005] 对于一些光滑曲面，特别是一些没有明显轮廓特征的圆柱内外表面，则无法通过粘贴式的控制点生成真实坐标的三维模型。而主动光投影标记点因其较粘贴式标记点布置起来更为方便快捷，并具有很好的环境适应性而成为了三维扫描测量的重要研究内容。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种面向光滑曲面网格无痕划分的投影标记系统及其工作方法，使得三维扫描软件能够准确识别曲面上的编码标记点信息，最终生成具有光滑曲面的三维模型。

[0007] 为实现以上目的，本发明采用的技术方案如下。

[0008] 一种面向光滑曲面网格无痕划分的投影标记系统，包括照相机、半透半反射镜、笔记本电脑和激光光栅投影器；通过半透半反射镜将曲面信息反射给照相机进行拍摄，照相机将拍摄的数据信息传输给笔记本电脑，笔记本电脑通过识别到的曲面的特征信息，自主组配网格图案，确保线型、网格之间能够无缝拼接，然后反馈给激光光栅投影器，最后通过半透半反射镜将网格图案投影到曲面上。

[0009] 在上述技术方案中，所述激光光栅投影器由一个或多个激光光栅投影笔构成，激光光栅投影笔投影出不同的线条形式，包括线型粗细、线型颜色、网格大小和网格类型，网格类型又分为直线型网格包括矩形网格、菱形网格、多边形网格等，曲线型网格包括花瓣网格等。

[0010] 在上述技术方案中，所述半透半反射镜是在玻璃上镀了一层半反射膜，通过镀膜使得该玻璃的透射率和反射率各50%。这使得照相机和激光光栅投影器的视野一致，便于照片的拍摄以及后期的合成。

[0011] 本发明还提供一种上述的面向光滑曲面网格无痕划分的投影标记系统的工作方法，包括以下步骤：（1）拍摄
通过半透半反射镜将待重构物体的曲面信息反射给照相机进行拍摄，并将拍摄的数据信息传输给笔记本电脑，以确定待重构物体的大小；
（2）规划
笔记本电脑通过识别到的曲面的特征信息，按照待重构物体的大小，并根据网格无痕拼接方法得到激光光栅投影笔的个数以及确定激光光栅投影笔所摆放的距离和方位，然后反馈给激光光栅投影器，最后通过半透半反射镜将网格图案投影到曲面上；
其中网格无痕拼接方法如下：
第一步，根据光滑曲面的大小确定激光光栅投影笔的个数，对于直线型网格要保证光滑无冗余拼接布满整个曲面，对于曲线型网格，保证网格冗余量尽可能小；
第二步，根据待投影曲面的大小，首先调整1号激光光栅投影笔摆放的距离以及角度确定网格1能够布满当前界面，由网格1，即1号激光光栅投影笔所投影的网格的右侧上、下边缘的点要吻合对应上2号激光光栅投影笔所投影的网格2左侧上、下边缘的点，以此确定2号激光光栅投影笔放置的位置及角度，以此类推，保证整个曲面上网格无冗余或最小冗余拼接；
（3）采集
再次通过半透半反射镜拍摄待重构物体以及投影到物体表面上的图案，并将拍摄的数据信息传输给笔记本电脑，以采集图像信息；
（4）建模
通过对待重构物体进行网格图案投影，增加物体的特征信息，通过对投影后的特征信息进行提取和匹配，获得被测物体的点云数据，在不同的视角下进行采集，最终经过点云配准，获取完整的点云数据，对三维模型完成重构，获得三维信息。

[0012] 本发明与现有技术相比，具有以下优点：1. 能够解决微小光滑曲面无法定位，无控制点的问题；
2. 避免了在微小光滑曲面上投影标记反光而导致无法进行倾斜建模的问题；
3. 采用网格划分方法，能够实现无冗余划分拼接标记。
附图说明

[0013] 图1为本发明投影标记系统的示意图。

[0014] 图2为本发明中激光光栅投影笔的示意图。

[0015] 图3为本发明中激光光栅投影笔的示意图二（去掉端盖）。

[0016] 图4为矩形网格投影效果示意图。

[0017] 图5为菱形网格投影效果示意图。

[0018] 图6为实施例中激光光栅投影器位置摆放示意图。

[0019] 图7为网格拼接示意图。

[0020] 其中，1：半透半反射镜、2：照相机、3：笔记本电脑、4：激光光栅投影器。

具体实施方式

[0021] 以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

[0022] 如图1所示，本实施例提供一种面向光滑曲面网格无痕划分的投影标记系统，包括照相机2、半透半反射镜1、笔记本电脑3和激光光栅投影器4；通过半透半反射镜1将曲面信息反射给照相机2进行拍摄，照相机2将拍摄的数据信息传输给笔记本电脑3，笔记本电脑3通过识别到的曲面的特征信息，自主组配网格图案（配对各种激光光栅投影笔可投影出的网格图案，选择其一），确保线型、网格之间能够无缝拼接，然后反馈给激光光栅投影器4，最后通过半透半反射镜1将网格图案投影到曲面上。

[0023] 在上述实施例中，所述激光光栅投影器1由一个或多个激光光栅投影笔构成，激光光栅投影笔如附图2、3所示，可以投影出不同的线条形式，包括线型粗细、线型颜色、网格大小和网格类型，网格类型又分为直线型网格包括矩形网格、菱形网格、多边形网格等，曲线型网格包括花瓣网格等。矩形网格和菱形网格的投影效果如图4、5所示。

[0024] 在上述实施例中，所述半透半反射镜是在玻璃上镀了一层半反射膜，通过镀膜使得该玻璃的透射率和反射率各50%。这使得照相机和激光光栅投影器的视野一致，便于照片的拍摄以及后期的合成。

[0025] 本实施例还提供一种上述的面向光滑曲面网格无痕划分的投影标记系统的工作方法：首先通过半透半反射镜1将待重构物体的曲面信息反射给照相机2进行拍摄，并将拍摄的数据信息传输给笔记本电脑3，以确定待重构物体的大小。

[0026] 其次，根据曲面网格的大小，首先调整1号激光光栅投影笔摆放的距离以及角度确定网格1能够布满当前界面。由网格1，即1号激光光栅投影笔所投影的网格的右侧上、下边缘的点要吻合对应上2号激光光栅投影笔所投影的网格2左侧上、下边缘的点，以此确定2号激光光栅投影笔放置的位置及角度。以此类推，保证整个曲面上网格无冗余拼接，如图6所示。

[0027] 图7是曲面投影网格划分的情况，B是圆柱一个光滑表面的正视图，网格通过激光投影器投影到曲面上，A是由1号激光光栅投影笔投影出的网格，C是由2号激光光栅投影笔投影出的网格，网格之间均无缝拼接。多个激光光栅投影笔360°均布环绕需要拍摄的曲面，激光光栅投影笔放置位置以及激光投影笔的个数均可根据曲面投影的大小来确定。

[0028] 再次通过半透半反射镜1拍摄待重构物体以及投影到物体表面上的图案，并将拍摄的数据信息传输给笔记本电脑3，以采集图像信息。

[0029] 通过对待重构物体进行网格图案投影，可以增加物体的特征信息，通过对投影后的特征信息进行提取和匹配，获得待重构物体的点云数据，在不同的视角下进行采集，最终经过点云配准，获取完整的点云数据，最终对三维模型完成重构，获得三维信息。

[0030] 本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。

[0031] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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