基于双图像传感器的空间曲面扫描与重构装置与方法

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	基于双图像传感器的空间曲面扫描与重构装置与方法
其他题名	基于双图像传感器的空间曲面扫描与重构装置与方法
	高静; 叶颖聪; 史再峰; 徐江涛; 姚素英; 聂凯明; 高志远
	2014-10-29
专利权人	天津大学
公开日期	2014-10-29
授权国家	中国
专利类型	授权发明
摘要	本发明涉及数字图像处理技术领域。为提供一种彩色图像采集装置，采集到更加真实的彩色图像，解决探测器与传感器空间位置相对固定的限制，实现便携手持扫描；并且解决点扫描的效率问题，每一次采样可重构出一条空间曲线的数据，实现高速扫描。为达到上述目的，本发明采取的技术方案是，基于双图像传感器的空间曲面扫描与重构装置，由激光二极管与光学镜片组构成的手持探测装置、光学镜头组、图像传感器、专用图像处理芯片、外部存储芯片、接口控制器组成。本发明主要应用于数字图像处理、便携手持扫描。
其他摘要	本发明涉及数字图像处理技术领域。为提供一种彩色图像采集装置，采集到更加真实的彩色图像，解决探测器与传感器空间位置相对固定的限制，实现便携手持扫描；并且解决点扫描的效率问题，每一次采样可重构出一条空间曲线的数据，实现高速扫描。为达到上述目的，本发明采取的技术方案是，基于双图像传感器的空间曲面扫描与重构装置，由激光二极管与光学镜片组构成的手持探测装置、光学镜头组、图像传感器、专用图像处理芯片、外部存储芯片、接口控制器组成。本发明主要应用于数字图像处理、便携手持扫描。
主权项	一种基于双图像传感器的空间曲面扫描与重构方法，其特征是，采用手持探测装置产生低功率的带状激光，投射在目标物体上形成空间曲线；使空间曲线透过光学镜头组在图像传感器上成像，两片图像传感器在专用图像处理芯片的控制下，以相同的采样率作连续采集，图像处理芯片为图像传感器提供参考时钟和必要的控制信号，并将两个传感器捕获到的图像数据暂存于外部存储芯片中，用于计算空间点云坐标，图像处理芯片计算得到的坐标数据写入到接口控制器中，并通过数据接口发送到上位机作进一步处理；计算空间点云坐标包括如下步骤：光学镜头组有效焦距为f，设在焦前有限距离p的物体，于焦后距离为q的平面成像，物体与镜头组的距离a和镜头组与图像传感器的距离b表示为： a＝f+p (1) b＝f+q (2) 又由光路中的三角相似关系及式(1)(2)整理得到： 1/f＝1/a+1/b (3) 以安装在一个可调直角支架上的两片图像传感器、光学镜头组、被测物体建立一个笛卡尔空间坐标系，原点为O；一个传感器与光学镜头组在Y轴上，坐标为(0,a,0)并且轴线与Y轴重合；另一个传感器与光学镜头组在X轴上，坐标为(a,0,0)并且轴线与X轴重合；光学镜头组的焦距为f，则由式(3)可计算得到b的值；手持探测器发出带状激光射向目标，在某一时刻目标表面反射激光形成的曲线被图像传感器捕获到，采用专用图像处理芯片将依靠存储在外存中的这两帧图像重构出一条空间曲线，步骤如下： 1)通过加权平均法得到曲线在每行像素上的坐标，每个坐标对应物体表面的一个兴趣点； 2)对于一个传感器捕获的任意兴趣点的投影(x1,y1)与垂直距离为b处的镜头中心点(0,a,0)确定了一条空间直线v，该直线在另一个传感器上的投影与其捕获曲线的交点(x2,y2)为当前兴趣点在另一个传感器上的投影，(x2,y2)的值由另一个传感器捕获的兴趣点集中与v最近的两个点插补得到； 3)设物体表面当前兴趣点的空间坐标为(x,y,z)，由空间几何关系得到： x:x1＝(a-y):b (4) y:x2＝(a-x):b (5) z:y1＝(a-y):b (6) 整理得: x＝a(bx1-x1x2)/(b2-x1x2) (7) y＝a(bx2-x1x2)/(b2-x1x2) (8) z＝a(by1-y1x2)/(b2-x1x2) (9) 4)对一个传感器捕获的所有投影点进行以上操作，得到一组空间曲线点云坐标； 5)对于另一个传感器捕获的任意投影点(x2,y2)，同样有： x＝a(bx1-x1x2)/(b2-x1x2) (10) y＝a(bx2-x1x2)/(b2-x1x2) (11) z＝a(by2-y2x1)/(b2-x1x2) (12) 重复1)至4)提及的处理，得到另一组空间曲线点云坐标； 6)对4)和5)的结果进行误差消除处理，得到最终的空间曲线点云坐标数据；两个图像传感器（205，206）作同步的连续采样，每采样一次，图像处理芯片重构出一组空间曲线点云，用户通过挥动手持探测器描过目标，可重构出目标表面的点云坐标，对于兴趣区域可作多次扫描以产生出更密集的点云数据，以提高重构精度；点云数据通过接口控制器上传至计算机可作进一步误差和冗余数据消除并连接成多边形，得到的多边形在用户软件的协助下可重构出更理想的曲面。
申请日期	2012-05-11
专利号	CN102706275B
专利状态	授权
申请号	CN201210146138.3
公开（公告）号	CN102706275B
IPC 分类号	G01B11/00 \| G01B11/25
专利代理人	刘国威
代理机构	天津市北洋有限责任专利代理事务所
文献类型	专利
条目标识符	http://ir.opt.ac.cn/handle/181661/44832
专题	半导体激光器专利数据库
作者单位	天津大学
推荐引用方式 GB/T 7714	高静,叶颖聪,史再峰,等. 基于双图像传感器的空间曲面扫描与重构装置与方法. CN102706275B[P]. 2014-10-29.

条目包含的文件
文件名称/大小	文献类型	版本类型	开放类型	使用许可
CN102706275B.PDF（580KB）	专利		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文