基于多數(shù)字立體視覺頭的物體完整表面三維恢復(fù)裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)為基于多數(shù)字立體視覺頭的物體完整表面三維恢復(fù)裝置，屬于物體完整三維表面恢復(fù)的立體視覺技術(shù)。該裝置由分布在一個多面體支架上的多個數(shù)字立體視覺頭、ＩＥＥＥ　１３９４高速串行總線和計算機(jī)組成；各個數(shù)字立體視覺頭獲取物體不同側(cè)面的立體圖像對，并通過ＩＥＥＥ　１３９４高速串行總線傳入計算機(jī)，計算機(jī)對立體圖像對進(jìn)行處理得到物體各個側(cè)面的三維網(wǎng)面表示；將物體各個側(cè)面的三維網(wǎng)面變換到同一個坐標(biāo)下進(jìn)行拼接，得到物體完整表面的三維表示。本發(fā)明專利技術(shù)不僅可以高精度恢復(fù)靜態(tài)物體完整三維表面，而且可以高精度恢復(fù)動態(tài)物體或變形物體完整三維表面；本發(fā)明專利技術(shù)沒有運(yùn)動部件，可靠性好，操作簡單，成本低；本發(fā)明專利技術(shù)互連方式簡單，方便擴(kuò)充；本發(fā)明專利技術(shù)可用于三維測量、實物仿形、自動加工和產(chǎn)品質(zhì)量控制等領(lǐng)域。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)為基于多數(shù)字立體視覺頭的物體完整表面三維恢復(fù)裝置，屬于機(jī)器視覺
，特別涉及物體完整表面三維恢復(fù)的立體視覺技術(shù)。本專利技術(shù)的另一個目的是提出一種基于二個以上數(shù)字立體視覺頭的物體完整表面三維恢復(fù)裝置，該裝置可以恢復(fù)動態(tài)物體或變形物體完整的三維表面。本專利技術(shù)的另一個目的是提出一種基于二個以上數(shù)字立體視覺頭的物體完整表面三維恢復(fù)裝置，該裝置無運(yùn)動部件，可靠性高，可維修性好。本專利技術(shù)的另一個目的是提出一種基于二個以上數(shù)字立體視覺頭的物體完整表面三維恢復(fù)裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低。本專利技術(shù)的基本設(shè)計思想是采用多個數(shù)字立體視覺頭，從不同視角獲取物體各個側(cè)面的立體圖像對，并通過IEEE 1394高速串行總線傳入計算機(jī)，計算機(jī)對立體圖像對進(jìn)行處理得到物體各個側(cè)面的三維網(wǎng)面表示；將各個側(cè)面的三維網(wǎng)面變換到同一個坐標(biāo)系下進(jìn)行拼接，得到物體完整表面的三維表示。(1)無運(yùn)動部件或掃描部件。本專利技術(shù)采用一個多面體支架，如正多面體或其它類似多面體結(jié)構(gòu)，各個數(shù)字立體視覺頭位于多面體支架上；使用高強(qiáng)度黑色細(xì)絲或高強(qiáng)度細(xì)桿構(gòu)成載物平臺將物體置于多面體支架的中心位置。位于多面體支架上的各個數(shù)字立體視覺頭能從各個視角對物體進(jìn)行拍攝，包括物體的頂面和底面部分。因此無需掃描部件或運(yùn)動部件即可恢復(fù)物體完整三維表面。本專利技術(shù)所用的數(shù)字立體視覺頭是由二個以上攝像機(jī)構(gòu)成，自身即為一套立體視覺裝置，可以從上述各個角度恢復(fù)物體可視部分的三維表面。對各個角度物體可視部分的三維表面進(jìn)行拼接就形成物體完整三維表面圖像。(2)圖像數(shù)據(jù)傳輸。由于攝像機(jī)分布在物體周圍空間的各個角度，數(shù)字立體視覺頭之間有一定的距離，采用并行總線來傳輸圖像數(shù)據(jù)和命令，將使系統(tǒng)非常復(fù)雜而龐大。本專利技術(shù)采用IEEE 1394高速串行總線來傳輸圖像，該總線能達(dá)到400MBPS的傳輸率。采用IEEE1394高速串行總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將各個數(shù)字立體視覺頭連接起來，采用IEEE 1394的異步數(shù)據(jù)包發(fā)送命令和讀取系統(tǒng)狀態(tài)，用IEEE 1394的等時數(shù)據(jù)包來傳輸圖像。用一條IEEE 1394線纜將某個數(shù)字立體視覺頭通過IEEE 1394總線控制器與計算機(jī)相連，各個數(shù)字立體視覺頭就和計算機(jī)建立了聯(lián)系，就可以通過計算機(jī)控制整個系統(tǒng)，通過IEEE1394總線將各個數(shù)字立體視覺頭的圖像數(shù)據(jù)送入計算機(jī)中。(3)圖像信號同步。在本專利技術(shù)中，每個數(shù)字立體視覺頭包括二個以上攝像機(jī)，各個攝像機(jī)之間的場同步信號和行同步信號并聯(lián)在一起，保證了各個攝像機(jī)圖像信號的同步。每個數(shù)字立體視覺頭還提供一個同步信號接口，該接口可以接收其它立體視覺頭的場同步信號和行同步信號，以便同步該數(shù)字立體視覺頭上的各個攝像機(jī)。該數(shù)字立體視覺頭也可以向其它數(shù)字立體視覺頭提供同步信號。在所有數(shù)字立體視覺頭中，有一個數(shù)字立體視覺頭作為同步信號源，向其它數(shù)字立體視覺頭發(fā)送同步信號，這樣就保證了整個系統(tǒng)中各個數(shù)字立體視覺頭之間圖像信號的同步。(4)數(shù)字立體視覺頭同步采集圖像。為了確保各個數(shù)字立體視覺頭在同一時刻獲取物體的立體圖像對，需要各個數(shù)字立體視覺頭同步采集圖像。本專利技術(shù)采用IEEE 1394總線廣播數(shù)據(jù)包的傳輸特點(diǎn)來實現(xiàn)各個數(shù)字立體視覺頭的同步圖像采集。采集圖像時，計算機(jī)向總線發(fā)送采集圖像命令的廣播數(shù)據(jù)包，該數(shù)據(jù)包同時到達(dá)各個數(shù)字立體視覺頭，各個數(shù)字立體視覺頭上的控制器在接收到圖像采集命令后，等待第一個場同步信號。當(dāng)各個數(shù)字立體視覺頭接收到場同步信號后，開始采集圖像，并將圖像存儲到幀存儲器中。由于各個攝像機(jī)的圖像信號是同步的，圖像采集是在同一場同步信號控制下開始的，保證了圖像采集的同步。本專利技術(shù)提出的基于多數(shù)字立體視覺頭的物體完整表面恢復(fù)裝置，其特征在于(1)每個數(shù)字立體視覺頭上集成了二個以上攝像機(jī)(基于CCD技術(shù)的攝像機(jī)或基于CMOS技術(shù)的攝像機(jī))、A/D轉(zhuǎn)換器、幀存儲器、IEEE 1394接口、光源驅(qū)動器、同步信號接口和控制器，由控制器對各個部分統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制。(2)每個數(shù)字立體視覺頭上的各個攝像機(jī)同步獲取物體圖像，各個數(shù)字立體視覺頭之間圖像采集是同步的。每個數(shù)字立體視覺頭自身即為一個立體視覺系統(tǒng)，可以恢復(fù)物體上可視部分的三維表面。(3)多個數(shù)字立體視覺頭之間以IEEE 1394串行總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)互連，具有很大的靈活性。互連方式簡單，極易擴(kuò)充。圖像采集控制、光源控制、數(shù)據(jù)傳輸通過一條高速串行總線全部完成。(4)各個數(shù)字立體視覺頭之間既可以同時采集圖象，也可以分別采集圖象；通過計算機(jī)可分別對各個數(shù)字立體視覺頭進(jìn)行控制。(5)各個數(shù)字立體視覺頭分布在一個多面體支架上，使用高強(qiáng)度黑色細(xì)絲或高強(qiáng)度細(xì)桿構(gòu)成載物平臺將物體置于多面體支架的中心位置。系統(tǒng)沒有運(yùn)動部件，無需轉(zhuǎn)動攝像機(jī)或者被恢復(fù)物體即可獲得物體表面完整的三維信息。(6)物體完整表面三維恢復(fù)過程控制靈活。由各個數(shù)字立體視覺頭所采集的圖像可以直接由總線傳輸?shù)接嬎銠C(jī)中，也可以經(jīng)過一些預(yù)處理后，由總線傳輸?shù)接嬎銠C(jī)中，由計算機(jī)經(jīng)過處理程序運(yùn)算后得到物體完整的三維圖像。(7)系統(tǒng)具有節(jié)電模式。當(dāng)需要采集圖像數(shù)據(jù)時，通過控制命令啟動各個數(shù)字立體視覺頭開始采集圖象，在不需要圖象采集時，數(shù)字立體視覺頭上的控制器在一個設(shè)定的時間間隔內(nèi)，沒有接受到任何控制命令，將使圖象采集控制模塊和光源部分進(jìn)入節(jié)電模式，也可在計算機(jī)發(fā)出的控制命令下進(jìn)入節(jié)電模式，節(jié)約能源消耗。本專利技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)可以恢復(fù)靜態(tài)、動態(tài)和變形物體完整三維表面；(2)圖像采集、傳輸、光源控制均通過計算機(jī)軟件控制實現(xiàn)，系統(tǒng)無運(yùn)動部件，被恢復(fù)物體不需要旋轉(zhuǎn)或運(yùn)動，可靠性好；(3)只需將被恢復(fù)物體固定于支架中心，其它操作通過計算機(jī)控制完成，物體完整三維表面恢復(fù)過程操作簡單；(4)每個數(shù)字立體視覺頭使用常規(guī)鏡頭攝像機(jī)，在特定光源照明下可以高精度恢復(fù)物體表面深度圖，成本低，恢復(fù)精度高。在1.5米處，深度測量誤差小于0.5毫米，可以滿足各類物體表面測量和建模的要求；(5)多個數(shù)字立體視覺頭通過IEEE 1394串行總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)互連，具有很大的靈活性，互連方式簡單，極易擴(kuò)充。可廣泛用于實物仿形、物體建模、自動加工和產(chǎn)品質(zhì)量控制等領(lǐng)域。圖中主要結(jié)構(gòu)為數(shù)字立體視覺頭、多面體支架、IEEE 1394線纜、IEEE 1394總線控制器、計算機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、幀存儲器、攝像機(jī)、IEEE 1394接口、電源接口、同步信號接口、光源接口、控制器、光源驅(qū)動器、物體。圖3是數(shù)字立體視覺頭的組成框圖。每個數(shù)字立體視覺頭由三個攝像機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、幀存儲器、光源驅(qū)動器、IEEE1394接口、同步信號接口、控制器等組成。控制器是整個數(shù)字立體視覺頭的核心，控制數(shù)字立體視覺頭各個部分協(xié)調(diào)工作、接受和發(fā)送數(shù)據(jù)。控制器通過IEEE 1394接口接受計算機(jī)的指令，然后通過圖像采集控制模塊(包括A/D轉(zhuǎn)換器和同步信號接口)完成對攝像機(jī)的參數(shù)設(shè)置和圖像采集控制。控制器通過光源驅(qū)動器控制光源的啟動和關(guān)閉，以配合攝像機(jī)的圖像采集。控制器通過IEEE 1394接口將圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到計算機(jī)。攝像機(jī)在圖像采集控制模塊的控制下完成同步圖像的采集。幀存儲器的作用是暫存攝像機(jī)采集到的圖像數(shù)據(jù)，.使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的工作。操作人員可以通過計算機(jī)上的控制程序?qū)崿F(xiàn)對攝像機(jī)參數(shù)的設(shè)置和修改、光源的控制、系統(tǒng)狀態(tài)的讀取本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于多數(shù)字立體視覺頭的物體完整表面三維恢復(fù)裝置，由攝像機(jī)［８］與計算機(jī)［５］組成，其特征是：該裝置包括二個以上數(shù)字立體視覺頭［１］、多面體支架［２］、ＩＥＥＥ１３９４線纜［３］、ＩＥＥＥ１３９４總線控制器［４］和計算機(jī)［５］；數(shù)字立體視覺頭［１］是由二個以上攝像機(jī)［８］、光源驅(qū)動器［１４］、ＩＥＥＥ１３９４接口［９］和控制器［１３］構(gòu)成，各數(shù)字立體視覺頭［１］分布在一個多面體支架［２］上，并指向多面體支架［２］的中心位置；各數(shù)字立體視覺頭［１］通過ＩＥＥＥ１３９４接口［９］和ＩＥＥＥ１３９４線纜［３］連接構(gòu)成一個拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，并連接到ＩＥＥＥ１３９４總線控制器［４］上，經(jīng)ＩＥＥＥ１３９４高速串行總線將數(shù)字立體視覺頭［１］獲取的立體圖像對送入計算機(jī)［５］中，計算機(jī)［５］對這些立體圖像對進(jìn)行處理得到物體完整表面三維表示。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：賈云得，王忠立，劉萬春，朱玉文，裴民恩，劉佳音，安路平，李鳴翔，
申請(專利權(quán))人：北京理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：11[中國|北京]