手持式线激光源3D扫描系统VIP专享VIP免费

第21卷第6期2001年12月应用激光^PPLjEDLASERVol2i．No．6Dccem6er200手持式线激光源3D扫描系统+熊汉伟“2张湘伟3(1浙江大学人工智能研究所杭州310027)(2汕头大学机械电子系汕头515063)(3广东工业大学提要以手持式线激光源为工具．采用摄像方式，实现一种简便、易行的3D表面快速反求建模方法，避免了复杂的光学系统、机电控制系统设计。只需在线激光源扫掠物体表面的同时．连续摄像，通过对光条图象序列进行处理．得到物体的3D模型．文中给出了复杂形体的建模实例．效果基本满意。关t词线光源计算机视觉反求工程ASimple3DScannerUsingaHand—HeldLaserSourceXiongHanwei，ZhangXiangwei(5hantouUniversi}v，Shantou515063)AbstractAsimplemethodtoreconstructthe3nshapeofobjectsispresentedItdiffersfromothereonventionalstructuredlightingapproachinthatitneedn’tanycompulercontrolleddevicetOadjustthelightingplanofthelasersource．Inscanningprocess，theoperatorholdsalinelasersourceandfreelymoveittoeastlightstripsovertheobject．andadigitalvideocameraisusedtorecordedthescene．The3Dshapeoftheobjectcanbeexlractedfromthelightingstrips．Experimentonacomplexshapeispresented，andresultissatisfiedandcanbeusedin1hefieldofcomputeranimation．Keywords3Dscan，structuredlighting，computervision，reverseengineering目前随着CAD／CAM、虚拟现实、计算机动画等技术在各个领域的深入应用，快速几何建模显得越来越重要。传统几何模型的建立是基于实体的功能和外形．由设计师在CAD软件中构造，这是正向工程。对飞机、汽车、工艺美术品等复杂形体，必须通过对事先制造出的模型以及实物进行数字化来得到；以物理模型为依据的几何模型的设计方法，即反求工程。三坐标测量机(CMM)是反求工程中使用广泛的传统设备，但速度慢、效率低，价格昂贵。*国家自然科学基金资助项目(59975057，596750393001年7月25日收稿应用光学原理的现代三维形状测量方法正占据主导地位，其中结构光测量法的原理是将具有一定模式的光源，如栅状光条投射到物体表面，然后摄取光条图象，通过图象处理的方法得到整幅图象上象素的三维坐标，这种方法速度快、实时性强“]。单相机结构光条法具有设备配置简单，光条图象信息提取方便．算法易于实现等优点。但与其他结构光法一样，现有的单相机结构光条法不能回避光源标定及扫描控制两个问题，增加了测量系统的成本，降低了使用便利性。本文以手持式线激光源为工具．实现了一种新的单相机结构光条法，无需光源标定和精一369一△1蛐冲㈣州硎万方数据确的扫描控制，易于普及，能快速完成反求建模任务。典型的单相机结构光条测量系统与多相机系统相比，单相机系统不仅成本低，而且还避免了匹配难题；与结构光网格比．单光条图象更容易处理，因此单相机结构光条法开始受到人们重视。图l所示为一个典型的单相机结构光条系统01。移动方向-——‘图1一个典型的单相机结构光条系统系统包括投影设备一线激光源，数据采集设备一相机，扫描控制设备一机电控制平台。测量前，除标定相机内外参数外，线激光源的焦点位置、光平面方向也必须标定好。测量时，线光源产生一个光平面投射到被测物体表面而形成一条光带，此光带即结构光截面和被测物体的交线，它反映了被测物体表面在光平面内的截面几何信息，由光源标定信息可知光带所在的空间平面方程。成像后，光带图象经提取、细化．其中心线上各象素由相机标定参数，可以确定空间一直线方程。直线、平面方程联立．即可确定光带上点的空间坐标。为得到全面的表面形状信息，要通过特定的扫描机制，变化投射光带在物体表面的位置；图中所示系统，是通过移动物体本身予以实现，另外还可以通过控制光源的投射方向来实现。无论那种扫描机制，精密的机电控制部件是不可缺少的。这无疑增加了系一370一统的实现难度和成本。为此，本文提出一种大为简化的结构光测量方法。手持式线激光源结构光测量系统简化的测量系统，利用手持式线激光源，人为在待测物体表面投射光带，由数字式摄像机连续摄像，记录光带位置，通过光带投...