文档介绍：2011年10月第5期城市勘测UrbanGeotechnicalInvestigation&:1672—8262(2011)05—63—04中图分类号:P235不规则镜面物体的三维重建关键技术研究文献标识码:A郑莉,郑刚,罗跃军,陶俊(,湖北武汉430079;(武汉)有限公司,湖北武汉430073;,湖北武汉430056)摘要:对于不规则镜面物体,由于所拍影像纹理信息不丰富采用近景摄影测量方法进行三维重建不是最佳方案。本文基于结构光的测量方法,结合近景摄影测量探讨不规则镜面物体三维建模的关键技术问题,研究推导了像点到物方空间三维点的数学模型。该方法继承了传统摄影测量方法的优点,其灵活性以及无需匹配同名点的特点。关键词:不规则;镜面物体;深度图像;三维测量1引言近50年来,随着技术进步和消费水准的不断提高,社会对产品性能、外形等方面的要求越来越高,使得如何改变传统多品种、小批量生产的落后面貌,切实满足用户的需要,成为各国制造技术进步中的重要课题。三维扫描测量,作为一种能够瞬间获取被测物体大量物理信息和几何信息的测量手段经过近年来的发展取得了长足的进步。此技术已用于工业设计、瑕疵检测、逆向工程、机器人导引、地貌测量、医学资讯、生物资讯、刑事鉴定、数位文物典藏、电影制片、游戏创作素材等各个领域。20世纪80年代,国外一些公司就开始研制出三维扫描仪并均形成了一定的产业,如BrooksAutoma—tion公司生产的4DI测量系统。美国福特汽车公司使用4DI测量系统开发新型汽车。Cyberware公司研制出世界上最早的三维扫描仪,并将其成功地投入使用。德国GOM公司是将光学视觉三维测量应用于工业领域的典型。近年来,德国研发了一种名为FormetricII三维测量系统,专门用于快速、无接触、无辐射静态测量背面和脊柱。该仪器可对背部、脊柱形态和功能参数进行三维分析,并直观化显示独有的背部和脊柱三维重建图。国内许多研究人员对结构光三维测量原理及方法进行深入研究,杨培¨等学者利用线结构光通过机器人手臂实现扫描来测量物体表面,可以获得物体的三维数据。刘国文等研究人员利用线结构光扫描构成机器视觉三维测量系统对物体表面进行三维测量。袁芳林,钟金刚等采用结构光相移研究出能够获取人脸三维形貌数据的方法。本文的研究对象是光滑、缺乏可用于匹配的纹理以及无明显灰度变化的不规则镜面物体(如银器文物、钣金件等),基于数字摄影测量的严密理论,引入了主动视觉——投影器的结构光,对缺乏可用于匹配的纹理的不规则镜面物体进行三维量测。该方法既简化了对应点的匹配,同时还提高了处理的速度及其结果的准确性。2结构光三维测量基本原理结构光三维测量是基于光学三角法测量原理,投影器投射的光束当与物体的表面相交时便在物体表面产生多条亮条纹,该光条受物体表面几何形状的调制而产生畸变,D相机可摄取畸变了的结构光图像,D相机之间的相对位置及物体的三维轮廓,如光条弯曲表示曲面有变化,光条的偏移程度与物体表面深度有关,光条不连续表示物体表面有间隙,D相机、投影器、旋转平台、平面格网板以及一台计算机,如图1所示。D相机摄取的含有物体表面轮廓特征的结构光畸变图像中获取其表面三维信息,必须对结构光测量系统进行标