一种大场景三维表面测量方法

本发明涉及三维数字成像，特别涉及一种大场景三维表面测量方法。

背景技术：

1、随着汽车、船舶、航空航天等制造业领域的快速发展，对数十米至数百米的高精度、高密度、大规模的表面轮廓测量提出了要求。目前，在关于大尺度的三维测量方法中，基于激光雷达的方法存在重建于拼接精度低的问题，而基于激光跟踪仪的方法则难以实现高密度测量。相比之下，结构光三维传感器作为一种非接触式、全场测量的三维成像系统，可以在几米范围内完成高精度、高密度的3d扫描任务。但是，当测量范围扩展到几十米甚至上百米时，基于结构光的高精度高密度三维扫描便会产生一定的问题。例如，在大空间中对结构光三维传感器进行校准是比较困难的操作，具有已知基准的大型参考标靶在现场校准时不仅笨重难以操作，而且容易发生变形，从而导致标定精度降低。再如，结构光三维传感器的重建需要依靠其三角结构参数，而在大空间的运动测量中，结构光三维传感器的相对结构容易受到振动和碰撞的影响而变形，这就需要反复进行重新标定，导致标定效率低。同时，结构光三维传感器的有效三维成像视场较小，如果只依靠小视场之间的重叠区域进行拼接，会在大场景拼接过程中不断积累测量误差，导致最终的重建结果出现较大的偏差。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种大场景三维表面测量方法、装置、计算机设备及存储介质，旨在解决大视场情况下结构光三维传感器标定困难的问题，从而提高大场景三维表面测量的精度和效率。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种大场景三维表面测量方法，包括：

3、获取目标场景，基于结构光三维传感器对所述目标场景布置多个控制点；

4、基于所述控制点，利用所述结构光三维传感器和宽视场相机对所述目标场景从不同角度采集得到多张均包含有至少一个控制点的场景图像；

5、针对每一所述场景图像，提取每一所述控制点在场景图像中的像素坐标点，以此建立控制点图像坐标集；

6、基于所述图像坐标集，结合所述结构光三维传感器和宽视场相机的相机参数构建优化模型，并由所述优化模型输出优化参数；

7、利用所述优化参数对所述结构光三维传感器采集的场景图像进行三维重建和拼接，得到所述目标场景对应的全局三维点云；

8、将所述全局三维点云缩放至真实空间尺度，得到所述目标场景对应的三维表面。

9、第二方面，本发明实施例提供了一种大场景三维表面测量装置，包括：

10、控制点布置单元，用于获取目标场景，基于结构光三维传感器对所述目标场景布置多个控制点；

11、图像采集单元，用于基于所述控制点，利用所述结构光三维传感器和宽视场相机对所述目标场景从不同角度采集得到多张均包含有至少一个控制点的场景图像；

12、坐标集建立单元，用于针对每一所述场景图像，提取每一所述控制点在场景图像中的像素坐标点，以此建立控制点图像坐标集；

13、参数优化单元，用于基于所述图像坐标集，结合所述结构光三维传感器和宽视场相机的相机参数构建优化模型，并由所述优化模型输出优化参数；

14、重建拼接单元，用于利用所述优化参数对所述结构光三维传感器采集的场景图像进行三维重建和拼接，得到所述目标场景对应的全局三维点云；

15、尺度缩放单元，用于将所述全局三维点云缩放至真实空间尺度，得到所述目标场景对应的三维表面。

16、第三方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面所述的大场景三维表面测量方法。

17、第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的大场景三维表面测量方法。

18、本发明实施例提供了一种大场景三维表面测量方法，该方法包括：获取目标场景，基于结构光三维传感器对所述目标场景布置多个控制点；基于所述控制点，利用所述结构光三维传感器和宽视场相机对所述目标场景从不同角度采集得到多张均包含有至少一个控制点的场景图像；针对每一所述场景图像，提取每一所述控制点在场景图像中的像素坐标点，以此建立控制点图像坐标集；基于所述图像坐标集，结合所述结构光三维传感器和宽视场相机的相机参数构建优化模型，并由所述优化模型输出优化参数；利用所述优化参数对所述结构光三维传感器采集的场景图像进行三维重建和拼接，得到所述目标场景对应的全局三维点云；将所述全局三维点云缩放至真实空间尺度，得到所述目标场景对应的三维表面。本发明实施例通过引入宽视场相机控制大场景拼接误差，确保了整体的拼接精度，并建立的后验全局优化模型，直接通过采集的场景数据求解每个扫描位置的重建参数和拼接姿态，从而完成整个场景的三维重建，如此可以解决大视场情况下结构光三维传感器标定困难的问题，从而提高大场景三维表面测量的精度和效率。同时，本发明实施例中的所有参数均是根据实际的采集数据计算得到的，这种后处理的方式不仅避免了现有技术中使用大型已知标靶进行标定的操作，还达到了在扫描过程中相机之间的相对结构参数无需保持固定的效果，从而使大场景三维表面测量过程具有非常高的灵活性。

技术特征：

1.一种大场景三维表面测量方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的大场景三维表面测量方法，其特征在于，所述获取目标场景，基于结构光三维传感器对所述目标场景布置多个控制点，包括：

3.根据权利要求2所述的大场景三维表面测量方法，其特征在于，所述针对每一所述场景图像，提取每一所述控制点在场景图像中的像素坐标点，以此建立控制点图像坐标集，包括：

4.根据权利要求3所述的大场景三维表面测量方法，其特征在于，所述控制点的标记图案包括十字叉标记和圆心标记；

5.根据权利要求1所述的大场景三维表面测量方法，其特征在于，所述基于所述图像坐标集，结合所述结构光三维传感器和宽视场相机的相机参数构建优化模型，并由所述优化模型输出优化参数，包括：

6.根据权利要求5所述的大场景三维表面测量方法，其特征在于，所述利用所述优化参数对所述结构光三维传感器采集的场景图像进行三维重建和拼接，得到所述目标场景对应的全局三维点云，包括：

7.根据权利要求5所述的大场景三维表面测量方法，其特征在于，所述将所述全局三维点云缩放至真实空间尺度，得到所述目标场景对应的三维表面，包括：

8.一种大场景三维表面测量装置，其特征在于，包括：

9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的大场景三维表面测量方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的大场景三维表面测量方法。

技术总结本发明公开了一种大场景三维表面测量方法，该方法包括：获取目标场景，基于结构光三维传感器对目标场景布置多个控制点；利用结构光三维传感器和宽视场相机对目标场景从不同角度采集得到多张均包含有至少一个控制点的场景图像；提取每一控制点在场景图像中的像素坐标点，以此建立控制点图像坐标集；结合结构光三维传感器和宽视场相机的相机参数构建优化模型，并输出优化参数；利用优化参数对结构光三维传感器采集的场景图像进行三维重建和拼接，得到全局三维点云；将全局三维点云缩放至真实空间，得到目标场景对应的三维表面。本发明可解决大视场情况下结构光三维传感器标定困难的问题，提高三维表面测量的精度和效率。技术研发人员：刘晓利,张小杰,缪裕培,蔡泽伟,汤其剑,彭翔受保护的技术使用者：深圳大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14