(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210674122.3 (22)申请日 2022.06.15 (71)申请人 中国人民解 放军国防科技大 学 地址 410073 湖南省长 沙市开福区德雅路 109号 (72)发明人 尚洋　陶婧　欧建良　 (74)专利代理 机构 长沙国科天河知识产权代理 有限公司 432 25 专利代理师 邱轶 (51)Int.Cl. G01B 11/24(2006.01) G01B 11/25(2006.01) G01C 21/16(2006.01) G01S 19/41(2010.01) G06T 3/40(2006.01)G06T 5/00(2006.01) G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称 一种灵活运动成像多线结构立体视觉三维 形貌测量方法和系统 (57)摘要 本申请涉及一种灵活运动成像多线结构立 体视觉三维形貌测量方法和系统， 所述方法包 括： 通过一组可投射多个激光面的激光投射器和 一台单目相机固连， 从不同视点对待测表面进行 结构光投射和图像采集， 对相邻视点获得的局部 三维点云之间进行稀 疏交叠点匹配、 拼接和融合 得到观测表 面大范围完整密集三维重建结果。 本 发明在运动过程中观测， 不要求待测表面做精确 可控相对运动， 并且可自由选择合适的观测视 角， 能够较好地解决结构遮挡问题。 本发明核心 在于能够鲁棒、 高效地进行复杂环 境条件下无显 著纹理的大范围不规则形状复杂表面三维形貌 密集重建问题， 相比于传统方法能够更好地适应 大范围不规则表面 三维形貌的测量。 权利要求书2页 说明书7页 附图6页 CN 115077416 A 2022.09.20 CN 115077416 A 1.一种灵活运动成像多线结构立体视觉三维形貌测量方法， 其特征在于， 所述方法包 括： 采用激光投射器向待测目标投射多个激光扇面， 在待测量目标表面形成网状激光线； 各个所述激光扇面之间相互固连； 通过单目相机在不同视点下采集待测目标表面的网状激光线， 根据所述网状激光线得 到对应视点下的目标局部点云； 所述单目相机与所述激光投射器固连； 提取各个所述目标局部点云间的稀疏重叠点， 对所述稀疏重叠点进行同名点匹配得到 同名点匹配结果； 根据所述同名点匹配结果对所述局部点云进行拼接和融合得到待测目标的完整点云， 根据所述完整点云对待测目标表面进行三维形貌 重建。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述通过单目相机在不同视点下采集待测 目标表面的网状激光线， 根据所述网状激光线得到对应视点下的目标局部点云， 包括： 对所述单目相机采集的第一图像进行 滤除噪声和平 滑处理得到第二图像； 提取所述第二图像中网状激光线的初始中心线； 根据所述单目相机和所述激光投射器的预先标定得到的相对位姿关系和当前视点观 测得到的待测目标表面的法向量对所述初始中心线进行校正得到网状激光线的精确中心 线； 根据各个视点下采集的网状激光线的精确中心线得到对应视点下的目标局部点云。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 提取各个所述目标局部点云间的稀疏重叠 点， 包括： 根据激光扇面在预先构建的相机坐标系下的平面方程与所述单目相机的对应成像视 线的联合交会， 得到对应视点下 的目标局部点云在所述相 机坐标系中的空间坐标， 根据所 述空间坐标提取 各个所述目标局部点云间的稀疏重 叠点。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 对所述稀疏重叠点进行同名点匹配得到同 名点匹配结果， 包括： 当所述稀疏重叠点的梯度值大于对应局部点云轮廓区域的梯度均值、 所述稀疏重叠点 到对应局部点云的核线的距离小于第一预设阈值、 以及所述核线与述稀疏重叠点的梯度方 向的夹角差值小于第二预设阈值时， 判定所述稀疏重叠点为同名点， 对所述同名点进行匹 配得到同名点匹配结果。 5.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 在所述激光投射器向待测目标投射多个激 光扇面， 在待测量目标表面形成网状激光线之前， 还 包括： 用所述激光投射器向棋盘格标定靶上投射多个激光扇面， 同时通过对棋盘格标定靶的 不同位置成像来标定所述单目相机的内参以及单目相机和所述棋盘格标定靶的位姿参数 以构建相机坐标系； 从所述单目相机采集的不同图像中提取各激光扇面在所述棋盘格标定靶不同位置处 形成的激光线， 并得到每条激光线与所述棋盘格标定靶的网格线的交点， 并确定交点在所 述相机坐标系下的空间坐标， 从而得到 激光扇面在所述相机坐标系下的平面方程。 6.一种灵活运动成像多线结构立体视觉三维形貌测量系统， 其特征在于， 所述系统包 括：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115077416 A 2单目相机、 激光投射器和三维重建模块； 所述激光投射器和所述单目相机固连； 所述激光投射器用于向待测目标投射多个激光扇面， 在待测量目标表面形成网状激光 线； 各个所述激光扇面之间相互固连； 所述单目相机用于在不同视点下采集待测目标表面的网状激光线， 根据 所述网状激光 线得到对应视点下的目标局部点云； 所述三维重建模块用于提取各个所述目标局部点云间的稀疏重叠点， 对所述稀疏重叠 点进行同名点匹配得到同名点匹配结果， 根据所述同名点匹配结果对所述局部点云进 行拼 接和融合得到待测目标的完整点云， 根据所述完整点云对待测目标表面进行三维形貌重 建。 7.根据权利要求6所述的系统， 其特征在于， 所述单目相机和激光投射器由运动平台承 载； 所述运动平台为小车 搭载的转台或者无 人机搭载的转台； 所述单目相机和所述激光投射器固连安装在所述 转台的两侧。 8.根据权利要求7所述的系统， 其特征在于， 所述运动平台可以装配运动参数传感器， 用于测量不同观测视点间所述运动平台的位姿参数； 所述位姿参数可用于为所述同名点匹 配提供初始引导信息和约束信息； 所述运动参数传感器为 卫星差分定位传感器或惯性测量单 元。 9.一种计算机设备， 包括存储器和处理器， 所述存储器存储有计算机程序， 其特征在 于， 所述处 理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至 5中任一项所述方法的步骤。 10.一种计算机可读存储介质， 其上存储有计算机程序， 其特征在于， 所述计算机程序 被处理器执行时实现权利要求1至 5中任一项所述的方法的步骤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115077416 A 3