金属3D打印中的线结构光三维重构研究

• 作 者: 陈憬谊
• 出 处: 沈阳建筑大学
• 发表日期: 2020年05期
• 关键词: 三维重构 线结构光 系统标定 图像预处理 单目相机

科技巨轮的滚滚向前,人们生活和生产的需要已经发生了翻天覆地的变化,传统的测量方式已经无法满足人们的需要。基于结构光的单目视觉测量由于具有非接触、测量速度快、精度高等优点,近年来越来越受到重视。而塑料3D打印技术也已经成熟,金属3D打印渐渐走入人们的视野当中,但是金属材料的性质导致该项技术进度缓慢,3D视觉监控可以和金属3D打印构成闭环系统,经过三维测量之后,多次进行打印,直至达到金属3D打印效果为止。本篇论文的创新之处在于将机器视觉中的线结构光技术应用在航天领域的金属3D打印中去,将机器视觉和金属3D打印技术联系起来。间接地将机器视觉应用到航空领域中去。文中相机和激光发生器的相对位置保持不变,并置于一维传送平台上,相对于固定的被测物体发生位移,线激光器将线结构光投射到物体表面,每移动一个位置,相机就采集一张图像,实现物体的三维扫描。基于线结构光的三维视觉重建为主线,主要阐述了金属3D打印模型的三维重建程序的设计。本次设计采用基于单目相机的线结构光和被动式扫描。该设计主要由三部分构成,首先是线结构光重构系统的标定,包括相机标定、光平面标定和移动位姿标定,然后是对线结构光图像的采集及其光心图像的提取,最后进行光心图像的三维重构,形成点云图像。基于上述的实验背景,先是构造出设备的结构模型。实现了基于线结构光单目相机的三维重构系统,采用相对于物体移动的激光器和相机,对物体表面进行扫描,分析了线结构光测量系统原理以及系统中影响三维重构精度的因素。对于相机标定采用传统标定算法完成摄像机自身的标定,线结构光光平面和移动位姿的标定。分析了相机的径向畸变和切向畸变造成的影响,从而完成了系统的标定。再对获取的图像进行处理,本文的图像处理主要分为三部分,滤波处理,ROI提取,和灰度重心法提取。最后通过曲面重构法完成三维重构,通过对光心图像的处理可以提取未被标定的伪距视差图、已经标定的x、y、z图和标定完成的整体图像完成图像的三维模型通过线结构光三维重建在金属3D打印中的应用,解决了一定时间内对金属3D打印成果的自动检测。相信随着技术的发展成熟,机器视觉技术和3D打印技术能联系的更加紧密,促进工业发展。