【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及三維重建領域，尤其涉及一種基于線結構光點集單體化運動學標定的三維重建方法。
技術介紹
1、隨著我國制造業的迅猛發展，針對復雜工件的高精密檢測要求日益提高。線結構光與五軸運動平臺結合可以實現多位姿掃描及點云模型重建，從而完成復雜工件的檢測任務。但由于制造和裝配誤差，五軸運動平臺的實際結構與理論結構往往存在一定偏差，影響其定位精度。而由于線結構光重建精度與平臺結構相關聯，因此，先經過運動學標定提升平臺精度后，再通過線結構光掃描獲得點云，并對點云進行即時校準，能夠提升線結構光多位姿掃描系統的三維重建精度。
2、運動學標定是一種用于補償平臺幾何誤差、提高其絕對精度的方法。現有運動學標定方法通常需要依賴激光跟蹤儀等昂貴設備，采集其多軸運動位姿信息，標定成本高，且存在觀測數據不足的問題。另外，線結構光多位姿三維重建精度不僅與平臺定位精度相關，還受點云位置精度影響，現有方法通常未考慮線結構光所測點云的即時校準，導致線結構光多位姿掃描系統的三維重建精度不足。
技術實現思路
1、有鑒于此，為了解決現有線結構光多位姿掃描系統的三維重建難題，本專利技術提出一種基于線結構光點集單體化運動學標定的三維重建方法，所述方法包括以下步驟：
2、將面陣相機與一字線結構光發射器剛性組合，并安裝于五軸運動平臺上，得到測量裝置；
3、利用標準球半徑標準值與線結構光掃描數據，標定所述測量裝置的運動平臺結構參數，得到標定后的測量裝置；
4、以標定后的標準球球心位置
5、控制所述五軸運動平臺運動并獲取標準球不同位姿下的掃描數據；
6、基于所述標定后的測量裝置，根據所述掃描數據和即時點云校準矩陣，自動完成被測件多位姿掃描的高質量三維模型重建。
7、本實施例的有益效果為：利用一字線結構光發射器與相機組合，實現非接觸式三維視覺測量，無需使用激光跟蹤儀，降低了標定成本；并且，由于線結構光三維掃描系統可以通過控制平臺運動而采集到密集點云，同時，所有點云都可以直接參與運動平臺結構參數標定，使標定所需的觀測數據量得到了大幅提升，提高誤差參數的辨識精度。
8、此外，若測量裝置已標定，則跳過標定步驟。
9、在一些實施例中，所述利用標準球半徑標準值與線結構光掃描數據，標定所述測量裝置的運動平臺結構參數，得到標定后的測量裝置這一步驟，其具體包括：
10、將標準球固定于五軸運動平臺末端法蘭中心；
11、控制所述五軸運動平臺運動，并獲取標準球不同位姿下的掃描數據；
12、根據五軸運動平臺各軸對末端的影響構建運動學模型和運動學誤差模型，并確定誤差參數項；
13、解算末端坐標系下的球面弧線點云并取多幀點云擬合球心，得到初始球心位置；
14、根據所述球面弧線點云三維信息、初始球心位置和標準球標準半徑構建目標函數；
15、基于所述目標函數，將所述所有球面弧線點集單體化后直接參與誤差辨識，完成運動平臺結構參數標定，得到標定后的測量裝置。
16、本實施例的有益效果在于，利用平移軸與旋轉軸各運動平臺結構參數對標準球測量球心以及測量半徑產生的影響，盡量減小了線結構光光平面解算誤差帶來的干擾，可兼顧平移軸與旋轉軸的標定，同時，所有掃描所得球面弧線點集單體化后可直接參與誤差辨識，最終確保誤差參數項辨識結果準確，從而提升平臺運動精度及三維點云模型重建精度。
17、在一些實施例中，所述基于所述標定后的測量裝置，利用所述掃描數據和所述即時點云校準矩陣，完成被測件多位姿掃描的高質量三維模型重建這一步驟，其具體包括：
18、基于所述標定后的測量裝置，根據相機內參矩陣和相機坐標系下的光平面方程，解算出相機坐標系下線結構光條紋中心點的三維信息；
19、結合手眼變換矩陣、標定后的運動學逆變換矩陣和即時點云校準矩陣，將各位姿下的掃描數據轉換至末端坐標系下。
20、本實施例的有益效果在于，利用經過運動學標定的標準球球心位置，可實現線掃描點集空間位置關系的校準，使得系統檢測精度得到進一步提升。使線結構光系統與運動學標定后的多軸運動平臺配合，可對復雜工件進行多方位掃描并通過運動關系將各幀點云轉換到同一坐標系下，自動實現復雜工件多方位掃描點云模型的高質量完整形貌重建。
21、本專利技術還提出了一種三維重建系統，所述系統包括：
22、裝置固定模塊，用于將面陣相機與一字線結構光發射器剛性組合，并安裝于五軸運動平臺上，得到測量裝置；
23、標定模塊，利用標準球半徑標準值與線結構光掃描數據，標定所述測量裝置的運動平臺結構參數，得到標定后的測量裝置；
24、點云校準模塊，以標定后的標準球球心位置和標準球標準半徑為約束，校準線掃描點集的空間位置關系，得到即時點云校準矩陣；
25、掃描模塊，用于控制所述五軸運動平臺運動并獲取被測件不同位姿下的掃描數據；
26、點云重建模塊，基于所述標定后的測量裝置，根據所述掃描數據和即時點云校準矩陣，自動完成被測件多位姿掃描的高質量三維模型重建。
27、基于上述方案，本專利技術提供了一種基于線結構光點集單體化運動學標定的三維重建方法，將線結構光與五軸平臺相結合，利用標定后的五軸平臺與三維點云進行被測工件整體形貌的三維重建，在保障了平臺的運動精度、線掃描點集的絕對精度的同時，提升了線結構光多位姿三維點云模型的重建精度。
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1.一種基于線結構光點集單體化運動學標定的三維重建方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述一種基于線結構光點集單體化運動學標定的三維重建方法，其特征在于，所述利用標準球半徑標準值與線結構光掃描數據，標定所述測量裝置的運動平臺結構參數，得到標定后的測量裝置這一步驟，其具體包括：
3.根據權利要求2所述一種基于線結構光點集單體化運動學標定的三維重建方法，其特征在于，所述運動學模型表示如下：
4.根據權利要求2所述一種基于線結構光點集單體化運動學標定的三維重建方法，其特征在于，所述目標函數表示如下：
5.根據權利要求4所述一種基于線結構光點集單體化運動學標定的三維重建方法，其特征在于，所述末端坐標系下的球面弧線點云的轉換公式如下：
6.根據權利要求2所述一種基于線結構光點集單體化運動學標定的三維重建方法，其特征在于，取多幀不共線的球面弧線點云數據擬合球心。
7.根據權利要求2所述一種基于線結構光點集單體化運動學標定的三維重建方法，其特征在于，所述基于所述標定后的測量裝置，利用所述掃描數據和所述即時點
8.一種三維重建系統，其特征在于，用于執行如權利要求1所述的基于線結構光點集單體化運動學標定的三維重建方法，包括：
...【技術特征摘要】
1.一種基于線結構光點集單體化運動學標定的三維重建方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述一種基于線結構光點集單體化運動學標定的三維重建方法，其特征在于，所述利用標準球半徑標準值與線結構光掃描數據，標定所述測量裝置的運動平臺結構參數，得到標定后的測量裝置這一步驟，其具體包括：
3.根據權利要求2所述一種基于線結構光點集單體化運動學標定的三維重建方法，其特征在于，所述運動學模型表示如下：
4.根據權利要求2所述一種基于線結構光點集單體化運動學標定的三維重建方法，其特征在于，所述目標函數表示如下：
5.根據權利要求4所述一種基于線結...
【專利技術屬性】
技術研發人員：高健，鐘偉濱，鄭卓鋆，劉鑫，張攬宇，陳新，
申請(專利權)人：廣東工業大學，
類型：發明
國別省市：
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