三維自然紋理數(shù)據(jù)掃描機(jī)及多視場(chǎng)數(shù)據(jù)拼接方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高點(diǎn)陣密度和高精度的三維自然紋理數(shù)據(jù)掃描機(jī)及多視場(chǎng)數(shù)據(jù)拼接方法。裝置由激光器、左右三維相機(jī)組、直線電機(jī)、被測(cè)樣品、計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器、導(dǎo)軌及旋轉(zhuǎn)固定裝置組成。根據(jù)激光三角法，采用雙三維相機(jī)與線結(jié)構(gòu)光組成的雙三角三維測(cè)量高度結(jié)構(gòu)，對(duì)三維自然紋理樣品進(jìn)行三維數(shù)據(jù)采集，沒有測(cè)量死角。然后采取基于三維圖片高度信息的互相關(guān)法對(duì)多幅三維圖片進(jìn)行三維圖像匹配和拼接，最后生成一幅完整被測(cè)樣品幅面的三維圖像。本發(fā)明具有三維測(cè)量的x和y方向像素點(diǎn)陣分辨率高，三維測(cè)量的z方向測(cè)量精度高，三維圖像細(xì)節(jié)的高保真和三維測(cè)量速度快等優(yōu)點(diǎn)，在自然紋理樣品的三維立體掃描方面，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】三維自然紋理數(shù)據(jù)掃描機(jī)及多視場(chǎng)數(shù)據(jù)拼接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高點(diǎn)陣密度和高精度的三維自然紋理數(shù)據(jù)掃描機(jī)及多視場(chǎng)數(shù)據(jù)拼接方法，在皮革、墻紙、服裝面料等立體印刷領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，屬于物體表面三維輪廓測(cè)量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]所謂三維自然紋理主要指各種木材紋理、皮革紋理、甚至是人工的油畫紋理。將這些三維紋理高保真地印刷在壁紙、墻紙、家具貼紙、瓷磚和紡織服裝制品上，就是立體印刷。作為平面印刷的升級(jí)產(chǎn)業(yè)，立體印刷的市場(chǎng)需求大，產(chǎn)業(yè)利潤(rùn)高，是現(xiàn)代化的高精尖產(chǎn)業(yè)。由于立體印刷對(duì)于細(xì)節(jié)要求更加豐富，因此對(duì)自然紋理數(shù)據(jù)輸入方法要求很高。所以提高x、y方向的點(diǎn)陣分辨率(> 1000DPI)和Z方向的測(cè)量精度(< ±5μπι)顯得十分重要，同時(shí)要兼顧測(cè)量的效率，以滿足工業(yè)生產(chǎn)的效益需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種高點(diǎn)陣密度和高精度的三維自然紋理數(shù)據(jù)掃描機(jī)及多視場(chǎng)數(shù)據(jù)拼接方法，具有X、y方向測(cè)量點(diǎn)陣密度高、Z方向測(cè)量精度高以及測(cè)量速度快等特點(diǎn)。
[0004]一種高點(diǎn)陣密度和高精度的三維自然紋理數(shù)據(jù)掃描機(jī)，如圖1所示，本裝置依次包括激光器(I)，三維左相機(jī)(2),三維右相機(jī)(3), X軸直線電機(jī)(4), Y軸直線電機(jī)(5),被測(cè)樣品(6)，計(jì)算機(jī)(7)，X、Y軸運(yùn)動(dòng)控制器(8)，導(dǎo)軌(9)，旋轉(zhuǎn)固定裝置(10)。
[0005]I)、本發(fā)明采用雙三維相機(jī)與線結(jié)構(gòu)光組成`的雙三角三維測(cè)量結(jié)構(gòu)，如圖1所示。將激光器(I)垂直固定在被測(cè)樣品(6)的被測(cè)平面上面，三維相機(jī)組的三維左相機(jī)(2)和三維右相機(jī)(3)通過旋轉(zhuǎn)固定裝置(10)固定，三維左相機(jī)(2)和三維右相機(jī)(3)的中軸線分別與激光器(I)中軸線相交并成相同的夾角，三維相機(jī)組定焦拍攝被測(cè)樣品(6)。
[0006]2)、如圖2所示，三維左相機(jī)(2)和三維右相機(jī)(3)都為CMOS相機(jī)，核心測(cè)量結(jié)構(gòu)為激光器⑴和三維左相機(jī)(2)、三維右相機(jī)(3)組成的雙三角測(cè)量高度結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行三維測(cè)量時(shí)，將激光器(I)投射的線結(jié)構(gòu)光在被測(cè)樣品(6)表面上聚焦，同時(shí)使三維左相機(jī)(2)和三維右相機(jī)(3)聚焦在線結(jié)構(gòu)光上。
[0007]3)、如圖2所示，根據(jù)三角法測(cè)量原理，當(dāng)一束線結(jié)構(gòu)光投射在被測(cè)樣品(6)表面，原來(lái)平直的線結(jié)構(gòu)光被物體表面輪廓高低所改變，最終在三維左相機(jī)(2)和三維右相機(jī)
(3)的像平面上的成像也發(fā)生相應(yīng)的位移。通過計(jì)算三維相機(jī)成像位移的大小，可以得出物體表面的實(shí)際高度信息。如圖3所示，設(shè)線結(jié)構(gòu)光中某一光點(diǎn)在CMOS相機(jī)像平面上的成像位移為X，由下式可計(jì)算出被測(cè)樣品(6)表面上該點(diǎn)的實(shí)際高度差為
【權(quán)利要求】
1.一種高點(diǎn)陣密度和高精度的三維自然紋理數(shù)據(jù)掃描機(jī)，依次包括激光器(1)，三維左相機(jī)(2)，三維右相機(jī)(3)，X軸直線電機(jī)(4)，Y軸直線電機(jī)(5)，被測(cè)樣品(6)，計(jì)算機(jī)(7)，X、Y軸運(yùn)動(dòng)控制器(8)，導(dǎo)軌(9)，旋轉(zhuǎn)固定裝置(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高點(diǎn)陣密度和高精度的三維自然紋理數(shù)據(jù)掃描機(jī)，其特征是:所述的激光器(I)采用線結(jié)構(gòu)光，并垂直于被測(cè)表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的高點(diǎn)陣密度和高精度的三維自然紋理數(shù)據(jù)掃描機(jī)，其特征是:所述的激光器⑴和三維左相機(jī)(2)、三維右相機(jī)(3)組成的雙三角形三維測(cè)量高度結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2和3所述的高點(diǎn)陣密度和高精度的三維自然紋理數(shù)據(jù)掃描機(jī)，其特征是:三維左相機(jī)(2)、三維右相機(jī)(3)傾斜布置，并與激光的中心線夾角相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3和4所述的高點(diǎn)陣密度和高精度的三維自然紋理數(shù)據(jù)掃描機(jī)，其特征是:三維測(cè)量中，直線電機(jī)帶動(dòng)雙三維相機(jī)進(jìn)行小視場(chǎng)拍攝，并將多幅小視場(chǎng)三維圖片進(jìn)行拼接，生成一幅完整被測(cè)樣品幅面的三維圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4和5所述的高點(diǎn)陣密度和高精度的三維自然紋理數(shù)據(jù)掃描機(jī)的多視場(chǎng)數(shù)據(jù)拼接方法具體步驟如下: (1)、整體三維掃描結(jié)束后，每個(gè)視場(chǎng)都生成相應(yīng)的X，y,z三維數(shù)據(jù)，然后對(duì)生成的三維圖片的噪點(diǎn)和噪塊進(jìn)行一系列的濾波處理。 (2)、完成前期的濾波處理后，對(duì)各視場(chǎng)進(jìn)行三維圖像匹配和拼接。本發(fā)明采取的圖像匹配和拼接方法是基于三維圖片高度信息的互相關(guān)法。步驟如下: ①選取第一幅圖片靠近接口處的η列像素，構(gòu)建初始像素矩陣，第二幅圖片則選出一個(gè)η列像素大小的對(duì)比像素矩陣，從第二幅圖片的邊緣處開始掃描，此時(shí)得到一個(gè)相關(guān)性系數(shù)的波形，把相關(guān)系數(shù)波形達(dá)到最大值時(shí)的窗口作為拼接窗口，初始像素矩陣和對(duì)比像素矩陣的相關(guān)系數(shù)為
【文檔編號(hào)】G01B11/24GK103776390SQ201410044047
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月22日
【發(fā)明者】周延周, 向志聰, 王欽若, 譚伯倫, 賴文敬 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)