光学测量中的测量步骤及其三维重建

尹桃梅 乔闹生

摘 要：本文对光学三维测量中的测量步骤及其三维重建进行了简单的分析，并给出了测量实验结果。首先讨论了仪器校准及相机标定两个基本测量步骤，然后在此基础上进行了三维重建实验，实验结果证明了基本原理分析的正确性。

關键词：仪器校准 相机标定 三维重建

中图分类号：O493 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）08（b）-0073-02

光学三维测量是运用光学方法获取物体三维信息的技术，广泛应用于机械、医学、图像处理、光电子学等领域[1-5]。国内外很多专家对其进行了研究，取得了丰富的研究成果[1-5]。

本文为了更好地进行物体的三维重建，对光学三维测量中的测量步骤进行了分析，并且给出了相关步骤的调试结果，然后在此基础上利用双摄像机获取投影仪投影光栅的变形条纹并对其运用图像重建软件进行一系列优化处理，从而实现物体的三维重建。

1 测量步骤

1.1 仪器校准

（1）连接设备后，先调整好投影仪水平角度和垂直角度，再调试投影仪测量距离来调整扫描范围，使光线正好投射到标定板上，且标定板上的所有圆点都在投影范围内。

（2）调整投影仪镜头的焦距和相机镜头的焦距。调整投影仪镜头：启动扫描仪，打开软件界面，把被测物放到投影平面上，调整投影仪使物体上的字迹清晰。

调整相机镜头焦距：启动软件中左右相机，调整镜头焦距使物体清晰，用相机拍摄投影仪投影到屏幕上的图像。图1所示两幅图像分别是焦距未调整好及调整好的图像。

（3）调整相机的位置和夹角。松开相机的固定螺丝即可调整相机夹角，使两相机光心与投影仪光心距离分别相等。调整左右相机使相机的十字线和投影仪的十字亮线重合。图2为十字线重合样式。

（4）调整两相机光圈。调整左右相机的亮度和增益，当用白光投影时，物体清晰可见；当用正弦光栅投影时，使条纹不会过曝。结束调整后，为保证参数稳定，相机镜头和投影仪的镜头不再进行调整。

1.2 相机标定

将标定板置于投影面上，调整相机增益值，提高标定板上标志点的对比度，通过左右相机观察标志点。在保证标定板上的所有圆点在视场内基础上，用左右相机从6个不同角度采集标志点图像。将采集的图像与标定软件放置在同一文件夹下，打开标定软件，点击输入图像，分别选择左右两相机图片，提取左右两相机圆心，将标定的结果保存。图3所示是左相机采集的其中两个标志点图像。

2 三维重建实验

取下标定板，使投影仪投影光栅，用相机获取屏幕上的光栅条纹图像如图4（a）所示。运用图像重建软件对获取的三维数据进行图像拼接、封装、手动注册、图像去噪等一系列优化处理，得到的重建结果图如图4（b）所示。

3 结语

本文基于双摄像机简单分析了光学三维测量中的测量步骤，对测量仪器进行了校准，对相机进行了标定，最后应用图像拼接、封装、手动注册、图像去噪等方法重建了物体的三维信息。

参考文献

[1] 韩江涛，张英杰，李程辉，等.面向光学三维测量的非均匀条纹生成方法[J].西安交通大学学报，2017，51（8）：12-18.

[2] 刘俭，谷康，李梦周，等.光学显微三维测量解耦合准则[J]. 红外与激光工程，2017，1（3）：1-7.

[3] Y Hu，Q Chen，Y Zhang，et al，T Tao. Dynamic microscopic 3D shape measurement based on marker-embedded Fourier transform profilometry[J]. Applied Optics， 2018， 57（4）：772-780.

[4] K Song，S Hu，X Wen，et al. Fast 3D shape measurement using Fourier transform profilometry without phase unwrapping[J].Optics & Lasers in Engineering，2016， （84）：74-81.

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