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申请/专利权人：福州大学

摘要：本发明提供了一种基于编码结构光双目视觉的焊缝三维重建系统及方法，包括计算机、焊缝三维重建程序、左工业相机、结构光发生器、右工业相机和双目安装底座；所述计算机通过焊缝三维重建程序处理采集到的图片；所述焊缝三维重建程序包括编码结构光图案生成、相机标定、图像采集、图像处理、解相位、极线校正、相位匹配和三维点云生成功能。应用本技术方案不需要单独标定投影仪和结构光平面，降低了三维重建系统标定复杂度，可以生成稠密的点云数据，重建精度高。

主权项：1.一种基于编码结构光双目视觉的焊缝三维重建方法，其特征在于采用了一种基于编码结构光双目视觉的焊缝三维重建系统，所述一种基于编码结构光双目视觉的焊缝三维重建系统包括计算机、焊缝三维重建程序、左工业相机、结构光发生器、右工业相机和双目安装底座；所述左工业相机和右工业相机之间间隔角度安装在安装底座上；所述结构光发生器安装在左工业相机和右工业相机中间；所述结构光发生器用于投射带有编码信息的机构光图案；所述左工业相机和右工业相机用于采集被编码结构光图案覆盖的待焊工件的图像并通过数据线传输到计算机中；所述计算机通过焊缝三维重建程序处理采集到的图片；所述焊缝三维重建程序包括编码结构光图案生成、相机标定、图像采集、图像处理、解相位、极线校正、相位匹配和三维点云生成功能；包括以下步骤：步骤A1：搭建包括计算机、左工业相机、结构光发生器、右工业相机和双目安装底座的结构光双目视觉硬件平台；步骤A2：根据工作距离调整左工业相机和右工业相机的相对位置，使得公共视野最大，并调节相机的光圈和焦距，并固定相机的位置、光圈和焦距，左右相机组成双目视觉系统；步骤A3：连接计算机和双目视觉系统，通过焊缝三维重建程序对双目视觉系统进行标定，获得两个工业相机的内外参数；步骤A4：通过焊缝三维重建程序生成编码结构光图案导入投影仪中控制投影仪向待焊工件投射编码结构光图像同时双目视觉系统采集图像；步骤A5：计算机中焊缝三维重建程序处理采集到的图像，获得待焊工件的三维点云数据，完成焊缝的三维重建；步骤A5的实现包括以下步骤：步骤C1：通过采集到的图像得到3种不同频率的包裹相位图，多个方程联立的解相位公式为： 步骤C2：对解出来的相位进行调制度滤波，消除噪声区域： 步骤C3:基于旋转矩阵R和平移矩阵T，通过极线校正算法对左右图像进行极线校正，使得左右图像共面且行对齐；步骤C4：基于步骤C3得到的校正后的左右展开相位，使用相位立体匹配算法得到左右展开相位中各点对应的视差d；步骤C5：以外界某个参考点建立世界坐标系OW-XWYWZW，记空间中物点坐标为P＝[XW,YW,ZW]，以相机光心建立相机坐标系OC-XCYCZC，使其z轴指向相机的正方向，记物点在相机坐标系下的坐标为P＝[XC,YC,ZC]，以光心在成像平面的投影为原点建立图像坐标系并在图像上建立像素坐标系，用u、v表示图像像素的列与行；步骤C6：根据四大坐标系的转换关系，可以得到像素坐标和世界坐标的转换关系为： 步骤C7：基于得到的标定参数，对像素坐标进行校正，将径向畸变和切向畸变合并，有： 得到已知的无畸变的像素点坐标u,v；步骤C8：根据视差原理和步骤C5得到的像素坐标与世界坐标的对应关系有： 其中焦距f、相机基线b由标定得到，空间中点P在左相机上的点坐标Plul,vl和相应的右相机对应点Prur,vr；步骤C9：根据C8得到的待测工件焊缝的三维坐标生成稠密的点云图，完成三维重建；步骤A3的焊缝三维重建程序采用张正友标定法对双目视觉系统获得相机的径向畸变参数k1，k2，k3和切向畸变参数p1，p2，双目联合标定得到右工业相机相对于左工业相机的旋转矩阵R和平移矩阵T；在步骤A4焊缝三维重建程序中，选取3种波长分别为28、26和24的光栅，采用四步相移，生成条纹的相移公式为： 其中A为背景光强，B为调制度强度，为相位值，为相移值，f为相移频率，x为编码方向上的像素坐标，N为相移步数。

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