水火弯板机系统中三维重建技术的研究
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之 间的对 应关 系为 ： 一 出 ０ ０
０ 。
取得 生产 所需 的尺寸 数据 。
１ 研究背景
文献【 ｌ 】 提 出 了利用 编 码 结构 光 的方 法对 头 像 进 行三位 重 建 ，重 建 的精度 高 ，速 度快 。 文献［ ２ １ 提 出针 对文 献 【 ｌ 】 存在 的编码 结 构 光易 受到环境 影响 ，对编码 结构 光的方式 进行 了改进 。
如 下 ： 须有 操 作 人 员 的 干 预 ，不 能 实 现 全 自动 化 的生 产 。对 一块 １ ０ 米 长３ 米 宽 的钢 板 ，测 量 时 间长
达 十 分钟 左 右 。为 了解 决 这个 问题 ，本 论 文拟 采 用基 于机 器 视 觉 的 三 位 重 建 方法 对 钢 板 进 行 三维 重 建 ， 系统 直 接 从 三 维 重 建 后得 到 的 立 体 图形 中
ｕ （ ｕ ０ ， ｖ 。 ） 与其 空 间点Ｕ（ Ｘ ｏ ， Ｙ 。 ， Ｚ ０ ） 之 间 的对应关 系，这
个对 应关 系可 由一个３ ×４ 的矩 阵 来表示 。
通 过 引入 摄 像 机 坐 标 系 ，照 相机 坐 标 系和 世 界 坐标 系等 辅 助 坐 标 系 ，推 导 出得 到世 界 坐 标 系 中Ｐ （ Ｘ ， Ｙ ， Ｚ ）点 和其在 图像 坐标 系中 的ｐ （ ｕ ， ｖ ） 点
进 行标定 。
束的分 阶段 立体 匹配 算法 。 针 对 广 船 项 目三 维 重 建 的 特 点 ， 本 论 文提 出
基 于 图像 特 征 点 的 三 维重 建方 法 ， 以解 决 目前三
２ ． ２ 特征点图像坐标 系的求取
在 广 船 项 目中 ， 由于 三 维重 建 的 目标 物 体 为
一
其 中Ｍ。 为 照 相机 内参数 矩 阵 ，Ｍ 为照 相机 外
参 数 矩阵 。确定 Ｍ ，Ｍ： 矩 阵参 数 的过 程称 为 照 相
机 的标 定 。
种基 于小 波 多分辨 率特征 的字 符 串匹配算 法 。 文献【 ５ 】 针 对 研 究并 实 现 了一种 基 于 多特 征约
本 文利用ｃ ａ ｍｅ ｒ ａ ｃ ａ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｏ ｌ ｓ 这个 标定工 具
维重 建 方 法 中存 在 的 点 云数 量 庞大 ，设 备 精 密不
适用 于工 业现场 的 问题 。
大面 积 的钢板 ，表面 平整 ， 先用Ｌ ｅ ｄ 点 阵 向钢 板 投
影 ，双 目照 相机 对钢 板 拍照 如 图 １ 左 图 所示 ，通 过 。
务ｌ
訇 化
图１ 处理前后的Ｌ ｅ ｄ 点阵图像对 比
１ ）特 征 点 的个 数 是 不定 的 ，需要 用 一 个单 向 链 表 来 保 存 白色 方 块 的 首 个 像 素 的 坐 标 ，每 次 检
测 到 一 个 新 的 白色 方 块 ，就 将 此 白色 方 块 的 首 像 素 的 坐 标 插 入 链 表 的 尾 部 ，直 到 程 序 检 测 到 所 有 的 白色 方块 位置 。此链 表称 为集 团链 表 。 ２ ）由于 白色 方 块 的大 小 未 定 ，即 每个 方块 中 包 含 多少 白色像 素点 不能 确定 ，所 以以集 团链 表 的 每 个节 点 为起始 点 ，创 建一 个新 的链 表 ，此链 表称 为 子 集团链 表 ，每 当检 测到 某个 白色 像素 点属 于某 个 集 团，就将 此 白色像素 点纳 入该 集 团内。 对 每 个 集 团链 表 的 特 征 点 都 采 用 此 方 法 进 行 聚 类 ，完成 整个 数 据结构 的 建立 。 完 成 整 体 数 据 结构 的 创 建 以 后 ，遍 历 每 一 个 子 集 团 链 表 ，得 出其 第 一 个 结 点 图 像 坐 标 数 据 （ Ｘ Ｏ ， Ｙ 。 ） 和 最 后 一 个 结 点 图像 坐 标 数 据 （ ｘ ， Ｙ ） 的数
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文献［ ３ ］ 指 出 了相移 的缺 点 ，并 提 出线 移 的概 念 。投 影 图 案 由等 宽 的条 纹 组 成 。通 过 寻 找这 些 相 移 图案 的边缘来 增加 测量 点密 度 。 文献【 ４ 】 针 对 图像 的特 征 点 匹配 问题 ，提 出 了
０ 引 言
在 目前 的 水火 弯 板 机 系统 中 ，主 要 是 利 用激
光 测 距仪 对 钢 板 加 工 数 据 进 行 测量 ，其 主 要 问题
定 、特 征 点 坐 标 提 取 和 特 征 点 匹 配 三 个 部 分 构
成。
２ ． １ 照 相机标 定
照 相 机 的 标 定 是 为 确 立 图 像 中 的 某 一 点
视 光 点为正 方形 ，寻 找特征 点 的工 作简化 为寻
２ 研 究 内容
基 于 特 征 点 的 三 维 重 建 主 要 包括 ， 照相 机 标
找 图像 中 白色方块 的 中心坐标 。其处理过程 为 ：
收稿 日期：２ ０ １ ３ － ０ ３ －１ ０ 基金项 目：广东省省部产学研结合项 目 （ ２ ０ １ ０ Ｂ ０ ９ ０ ４ ０ ０ １ ２ ６ ） 作者简介 ：钟华 （ １ ９ ８ ６一 ），男，重庆人 ，硕士研 究生 ，研究方 向为计算机控制技术。 ［ １ ０ ２ ］ 第３ ５ 卷 第８ 期 ２ ０ １ ３ — ０ ８ （ 上）
ＺＨＯ ＮＧ Ｈｕ ａ． ＣＨＥＮＧ Ｌ ｉ ａ ｎ ｇ ． １ ｕ ｎ
（ 广东工业大学 自动化学院 ，广州 ５ １ ０ ０ ０ ６ ） 摘 要 ：在水火弯板机系统中 ，三维重建技术可以快速、直观的得到船体外板的尺寸信息。为了实现低 成本 、高效的三维重 建过程 ，考虑船 体外板的 实际情况 ，本 文提 出一种基于机器视 觉的三维 重建方法。该方法具有成 本低廉 ，点云密度合适的优点。 关键词 ：水火弯板机系统 ；机器视觉 ；三维重建
中图分类号 ：Ｔ Ｈ １ ６ ２ 文献标识码 ：Ｂ
文章编 号 ：１ ０ ０ ９ —０ １ ３ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ８ （ 上） 一０ １ ０ ２ —０ ３
Ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ Ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ９ －０ １ ３ ４ ． ２ ０ １ ３ ． ｏ ８ （ 上） ． ３ ２
务ｌ 生 匐 出
水火弯板机 系统 中三维重建技术的研究
３Ｄ ｒ ｅｃｏｎｓｔ ｒ ｕｃｔ ｉ ｏｎ ｔ ｅｃｈｎｉ ｑｕｅ ｉ ｎ ｓｙ ｓｔ ｅｍ ｏｆ ｐｌ ａｔ ｅｓ ｂｅｎ ｄｉ ｎｇ ｂ ｙ ｌ ｉ ｎｅ ｈ ｅａｔ ｉ ｎｇ
钟 华 ，程 良伦
０ 。
取得 生产 所需 的尺寸 数据 。
１ 研究背景
文献【 ｌ 】 提 出 了利用 编 码 结构 光 的方 法对 头 像 进 行三位 重 建 ，重 建 的精度 高 ，速 度快 。 文献［ ２ １ 提 出针 对文 献 【 ｌ 】 存在 的编码 结 构 光易 受到环境 影响 ，对编码 结构 光的方式 进行 了改进 。
如 下 ： 须有 操 作 人 员 的 干 预 ，不 能 实 现 全 自动 化 的生 产 。对 一块 １ ０ 米 长３ 米 宽 的钢 板 ，测 量 时 间长
达 十 分钟 左 右 。为 了解 决 这个 问题 ，本 论 文拟 采 用基 于机 器 视 觉 的 三 位 重 建 方法 对 钢 板 进 行 三维 重 建 ， 系统 直 接 从 三 维 重 建 后得 到 的 立 体 图形 中
ｕ （ ｕ ０ ， ｖ 。 ） 与其 空 间点Ｕ（ Ｘ ｏ ， Ｙ 。 ， Ｚ ０ ） 之 间 的对应关 系，这
个对 应关 系可 由一个３ ×４ 的矩 阵 来表示 。
通 过 引入 摄 像 机 坐 标 系 ，照 相机 坐 标 系和 世 界 坐标 系等 辅 助 坐 标 系 ，推 导 出得 到世 界 坐 标 系 中Ｐ （ Ｘ ， Ｙ ， Ｚ ）点 和其在 图像 坐标 系中 的ｐ （ ｕ ， ｖ ） 点
进 行标定 。
束的分 阶段 立体 匹配 算法 。 针 对 广 船 项 目三 维 重 建 的 特 点 ， 本 论 文提 出
基 于 图像 特 征 点 的 三 维重 建方 法 ， 以解 决 目前三
２ ． ２ 特征点图像坐标 系的求取
在 广 船 项 目中 ， 由于 三 维重 建 的 目标 物 体 为
一
其 中Ｍ。 为 照 相机 内参数 矩 阵 ，Ｍ 为照 相机 外
参 数 矩阵 。确定 Ｍ ，Ｍ： 矩 阵参 数 的过 程称 为 照 相
机 的标 定 。
种基 于小 波 多分辨 率特征 的字 符 串匹配算 法 。 文献【 ５ 】 针 对 研 究并 实 现 了一种 基 于 多特 征约
本 文利用ｃ ａ ｍｅ ｒ ａ ｃ ａ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｏ ｌ ｓ 这个 标定工 具
维重 建 方 法 中存 在 的 点 云数 量 庞大 ，设 备 精 密不
适用 于工 业现场 的 问题 。
大面 积 的钢板 ，表面 平整 ， 先用Ｌ ｅ ｄ 点 阵 向钢 板 投
影 ，双 目照 相机 对钢 板 拍照 如 图 １ 左 图 所示 ，通 过 。
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訇 化
图１ 处理前后的Ｌ ｅ ｄ 点阵图像对 比
１ ）特 征 点 的个 数 是 不定 的 ，需要 用 一 个单 向 链 表 来 保 存 白色 方 块 的 首 个 像 素 的 坐 标 ，每 次 检
测 到 一 个 新 的 白色 方 块 ，就 将 此 白色 方 块 的 首 像 素 的 坐 标 插 入 链 表 的 尾 部 ，直 到 程 序 检 测 到 所 有 的 白色 方块 位置 。此链 表称 为集 团链 表 。 ２ ）由于 白色 方 块 的大 小 未 定 ，即 每个 方块 中 包 含 多少 白色像 素点 不能 确定 ，所 以以集 团链 表 的 每 个节 点 为起始 点 ，创 建一 个新 的链 表 ，此链 表称 为 子 集团链 表 ，每 当检 测到 某个 白色 像素 点属 于某 个 集 团，就将 此 白色像素 点纳 入该 集 团内。 对 每 个 集 团链 表 的 特 征 点 都 采 用 此 方 法 进 行 聚 类 ，完成 整个 数 据结构 的 建立 。 完 成 整 体 数 据 结构 的 创 建 以 后 ，遍 历 每 一 个 子 集 团 链 表 ，得 出其 第 一 个 结 点 图 像 坐 标 数 据 （ Ｘ Ｏ ， Ｙ 。 ） 和 最 后 一 个 结 点 图像 坐 标 数 据 （ ｘ ， Ｙ ） 的数
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文献［ ３ ］ 指 出 了相移 的缺 点 ，并 提 出线 移 的概 念 。投 影 图 案 由等 宽 的条 纹 组 成 。通 过 寻 找这 些 相 移 图案 的边缘来 增加 测量 点密 度 。 文献【 ４ 】 针 对 图像 的特 征 点 匹配 问题 ，提 出 了
０ 引 言
在 目前 的 水火 弯 板 机 系统 中 ，主 要 是 利 用激
光 测 距仪 对 钢 板 加 工 数 据 进 行 测量 ，其 主 要 问题
定 、特 征 点 坐 标 提 取 和 特 征 点 匹 配 三 个 部 分 构
成。
２ ． １ 照 相机标 定
照 相 机 的 标 定 是 为 确 立 图 像 中 的 某 一 点
视 光 点为正 方形 ，寻 找特征 点 的工 作简化 为寻
２ 研 究 内容
基 于 特 征 点 的 三 维 重 建 主 要 包括 ， 照相 机 标
找 图像 中 白色方块 的 中心坐标 。其处理过程 为 ：
收稿 日期：２ ０ １ ３ － ０ ３ －１ ０ 基金项 目：广东省省部产学研结合项 目 （ ２ ０ １ ０ Ｂ ０ ９ ０ ４ ０ ０ １ ２ ６ ） 作者简介 ：钟华 （ １ ９ ８ ６一 ），男，重庆人 ，硕士研 究生 ，研究方 向为计算机控制技术。 ［ １ ０ ２ ］ 第３ ５ 卷 第８ 期 ２ ０ １ ３ — ０ ８ （ 上）
ＺＨＯ ＮＧ Ｈｕ ａ． ＣＨＥＮＧ Ｌ ｉ ａ ｎ ｇ ． １ ｕ ｎ
（ 广东工业大学 自动化学院 ，广州 ５ １ ０ ０ ０ ６ ） 摘 要 ：在水火弯板机系统中 ，三维重建技术可以快速、直观的得到船体外板的尺寸信息。为了实现低 成本 、高效的三维重 建过程 ，考虑船 体外板的 实际情况 ，本 文提 出一种基于机器视 觉的三维 重建方法。该方法具有成 本低廉 ，点云密度合适的优点。 关键词 ：水火弯板机系统 ；机器视觉 ；三维重建
中图分类号 ：Ｔ Ｈ １ ６ ２ 文献标识码 ：Ｂ
文章编 号 ：１ ０ ０ ９ —０ １ ３ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ８ （ 上） 一０ １ ０ ２ —０ ３
Ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ Ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ９ －０ １ ３ ４ ． ２ ０ １ ３ ． ｏ ８ （ 上） ． ３ ２
务ｌ 生 匐 出
水火弯板机 系统 中三维重建技术的研究
３Ｄ ｒ ｅｃｏｎｓｔ ｒ ｕｃｔ ｉ ｏｎ ｔ ｅｃｈｎｉ ｑｕｅ ｉ ｎ ｓｙ ｓｔ ｅｍ ｏｆ ｐｌ ａｔ ｅｓ ｂｅｎ ｄｉ ｎｇ ｂ ｙ ｌ ｉ ｎｅ ｈ ｅａｔ ｉ ｎｇ
钟 华 ，程 良伦