2.1引言 三维非接触式测量技术具有操作简单，无损伤，精度高等优势代表着三维数字化测量技术的发展 1)了解极线几何在三维数字成像中的应用。 ))了醒相位重建法 熟悉时间相位展开算法， 3)掌握物体的三维测量方法。 2.3实验原理 a.极线几何 求解被测物体点的三维空间坐标，应寻找到空间点在左右摄像机像面上的对应点，在双目立体视觉 系统中，对应点的寻找与极线几何密切相关。如下图2-1所示，如果P1、P:是空间同一点P在左右两 个摄像机图像上的投影点，称为P:和P:互为对应点。 民年面 图2-1双目立体视觉中的几何关系 极线几何的几个概念： 1)基线：指左右两摄像机光心的连线，如图2-1中的直线C,C,。 2)极平面：指空间点p与摄像机两光心C、C,决定的平面。 3)极点：指基线与两摄像机图像平面的交点，如图2-1中的点：、，。 4)极线：极平面与图像平面的交线，在图2-1中，称直线的，为图像1上对应于P:点的极线，直线 ©P:为图像1上对应于P:点的极线，同一图像平面内的所有极线交于极点 如果已知P:在图像1内的位置，则在图像I,内P:所对应的点必然位于它在图像1，内的极线上，即P:一 定在直线P,上，反之亦然。极线约束是双目立体视觉的一个重要特点，它给出了对应点重要的约束 条件，将对应点匹配从整幅图像寻找压缩到在一条直线上寻找对应点，因此，极线约束极大地减少 搜索范围，对对应点匹配具有重要的指导作用。 b.基于物体绝对相位的同名点匹配 根据极线约束的几何关系，能够得到其中一个摄像机图像上的点与另一个摄像机图像上的直线相对 应的关系。即找到的是点与线的关系，而不是点与点的对应。为了能够找到对应的点，则需要借助 物体相位的帮助。在立体视觉系统中，寻找空间中的某一点在不同成像面上的点的对应关系的过程 称为同名点匹配。 解调而得到的相位值都分布在主值范围之内，是关于2：折叠的，需要对其进行展开恢复，得到绝对 222处出
2.1 引言 三维非接触式测量技术具有操作简单，无损伤，精度高等优势，代表着三维数字化测量技术的发展 方向。基于结构光的三维数字化测量方法是三维非接触微结构测量技术的一个比较活跃的分支。该 测量方法以被测物体的相位值作为特征进行对应点匹配，从而求解出该点的三维空间坐标，这是区 别于其他主动测量技术的重要标志。 2.2 实验目的 1）了解极线几何在三维数字成像中的应用。 2）了解相位重建算法，熟悉时间相位展开算法。 3）掌握物体的三维测量方法。 2.3 实验原理 a. 极线几何 求解被测物体点的三维空间坐标，应寻找到空间点在左右摄像机像面上的对应点，在双目立体视觉 系统中，对应点的寻找与极线几何密切相关。如下图2-1所示，如果 、 是空间同一点 在左右两 个摄像机图像上的投影点，称为 和 互为对应点。 图2-1双目立体视觉中的几何关系 极线几何的几个概念： 1) 基线：指左右两摄像机光心的连线，如图2-1中的直线 。 2) 极平面：指空间点p与摄像机两光心 、 决定的平面。 3) 极点：指基线与两摄像机图像平面的交点，如图2-1中的点 、 。 4) 极线：极平面与图像平面的交线，在图2-1中，称直线 为图像 上对应于 点的极线，直线 为图像 上对应于 点的极线，同一图像平面内的所有极线交于极点。 如果已知 在图像 内的位置，则在图像 内 所对应的点必然位于它在图像 内的极线上，即 一 定在直线 上，反之亦然。极线约束是双目立体视觉的一个重要特点，它给出了对应点重要的约束 条件，将对应点匹配从整幅图像寻找压缩到在一条直线上寻找对应点，因此，极线约束极大地减少 了搜索范围，对对应点匹配具有重要的指导作用。 b. 基于物体绝对相位的同名点匹配 根据极线约束的几何关系，能够得到其中一个摄像机图像上的点与另一个摄像机图像上的直线相对 应的关系。即找到的是点与线的关系，而不是点与点的对应。为了能够找到对应的点，则需要借助 物体相位的帮助。在立体视觉系统中，寻找空间中的某一点在不同成像面上的点的对应关系的过程 称为同名点匹配。 为了得到物体的相位，投影装置将一组正弦条纹结构光投射到待测物体表面，摄像机采集含有被测 物体高度信息的变形条纹图，对变形后的条纹图进行相位计算分为以下两个步骤：第一步是相位解 调，即从被调制的条纹图中求解含有被测物体高度信息的相位值；第二步为相位展开，因为由相位 解调而得到的相位值都分布在主值范围之内，是关于 折叠的，需要对其进行展开恢复，得到绝对 相位值，从而确保相位值的唯一性。如图2-2所示，（a）为某曲面的折叠相位，相位值在 处出 现跳变；（b）为相位偏置图，目的是阶跃点从而进行相位计算；（c）为展开后的相位图
折叠位相图 相位偏置图 6元 4兀 2元 展开相位图 图2-2相位展开的原理图示 通过相位计算方法，获得与深度图像对应的绝对相位分布。根据同名点相位相等的特性，在极线上 依次查找相位相同的点，这样就将相位作为寻找两台摄像机之间的对应点的标志。再找到对应点之 后，结合标定出的系统内外参数，就可求解出被测物体的三维形貌。 2.4实验仪器 CMOS摄像机、定焦镜头、三维测量仪主机、三角架、标定板、光学动态三维测量软件 2.5实验步骤 a.系统调节及标定 根据实验1，完成系统的调节及标定。 b.石膏模型测量 1)在软件中的功能按钮区，点击“测量”进入测量栏。 2)将石膏模型放入已标定好的空间中，同时保证两个摄像机同时能够采集到石膏模型。 3)在测量方法中点击“变频光栅投影”，根据弹出的对话框设置时间相位展开参数。本实验的投影 条纹设置一般选择默认值，计算方法为“投影计算”。设置完成后点击“确定”。 4)点击“测量”，进行计算。 5)计算过程中，软件会弹出“选择输出三维点云结果文件名称”对话框。在对话框中填写三维数据 保存的文件名，点击“确定”，以完成保存。 6)计算完毕时，软件弹出“计算完毕”提示，点击“确定”完成计算。软件同时显示物体的三维点 云数据。 2.6思考题 如何寻找同名点？
图2-2相位展开的原理图示 通过相位计算方法，获得与深度图像对应的绝对相位分布。根据同名点相位相等的特性，在极线上 依次查找相位相同的点，这样就将相位作为寻找两台摄像机之间的对应点的标志。再找到对应点之 后，结合标定出的系统内外参数，就可求解出被测物体的三维形貌。 2.4实验仪器 CMOS摄像机、定焦镜头、三维测量仪主机、三角架、标定板、光学动态三维测量软件 2.5实验步骤 a. 系统调节及标定 根据实验1，完成系统的调节及标定。 b. 石膏模型测量 1）在软件中的功能按钮区，点击“测量”进入测量栏。 2）将石膏模型放入已标定好的空间中，同时保证两个摄像机同时能够采集到石膏模型。 3）在测量方法中点击“变频光栅投影”，根据弹出的对话框设置时间相位展开参数。本实验的投影 条纹设置一般选择默认值，计算方法为“投影计算”。设置完成后点击“确定”。 4）点击“测量”，进行计算。 5）计算过程中，软件会弹出“选择输出三维点云结果文件名称”对话框。在对话框中填写三维数据 保存的文件名，点击“确定”，以完成保存。 6）计算完毕时，软件弹出“计算完毕”提示，点击“确定”完成计算。软件同时显示物体的三维点 云数据。 2.6 思考题 如何寻找同名点？