專利名稱：三維表面測量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物體測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種三維表面測量方法及裝置。
背景技術(shù)：
物體的三維測量技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)與制造、質(zhì)量檢測與控制、地形測量與勘探等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。近年來其應(yīng)用還擴(kuò)展到產(chǎn)品仿制和反向工程、快速原型設(shè)計(jì)、人體測量與人體工程學(xué)設(shè)計(jì)、影視特效、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域。
三維表面測量主要有兩類方法即接觸式和非接觸式。接觸式測量的主要方法為三坐標(biāo)測量儀，有機(jī)械式和非機(jī)械式(如光學(xué)探頭)兩種。其優(yōu)點(diǎn)是測量精度高，缺點(diǎn)是測量速度慢，對工作環(huán)境要求高，因此應(yīng)用受到較大限制。整體來說，三坐標(biāo)測量儀難以滿足當(dāng)今快速、高效測量的需求。
非接觸的三維測量方法有激光往返時(shí)間法、結(jié)構(gòu)光法、立體視覺法、投影柵相位法等。
激光往返時(shí)間法該方法的工作原理是通過測量激光脈沖的往返時(shí)間來測量物體上點(diǎn)的三維坐標(biāo)，其關(guān)鍵技術(shù)在于光往返時(shí)間的測量，由于光速非?？?，因此該時(shí)間的測量對設(shè)備要求很高，故造價(jià)非常昂貴。
結(jié)構(gòu)光法該方法利用的是結(jié)構(gòu)光原理，即用投影儀向物體表面投射線狀結(jié)構(gòu)光，再用相機(jī)從另外一個(gè)角度拍攝上述結(jié)構(gòu)光，利用出射點(diǎn)、投影點(diǎn)和成像點(diǎn)之間三角關(guān)系來確定物體表面點(diǎn)的三維坐標(biāo)。該方法一般用激光做光源，現(xiàn)今主流的激光掃描儀即為此類。激光掃描儀的精度高，但屬于精密光機(jī)設(shè)備，價(jià)格昂貴，非一般用戶所能承受。
立體視覺法立體視覺法借鑒了人眼的雙目視覺，通過匹配物體在不同圖像上的投影點(diǎn)，由三角測量原理來反求物體表面點(diǎn)的三維坐標(biāo)。該方法能夠一次獲取一塊區(qū)域的三維信息，但其匹配問題較難解決，算法復(fù)雜且不穩(wěn)定，耗時(shí)長，在物體表面特征信息不夠豐富時(shí)難以獲得好的結(jié)果。
投影柵相位法該方法通過在物體表面投射條紋光柵，利用被調(diào)制柵線的相位畸變信息得到物體的三維信息，它采用數(shù)學(xué)的方法解調(diào)并展開相位，利用展開的相位值計(jì)算相對參考面的高度。投影柵相位法的關(guān)鍵技術(shù)在于相位展開問題，該問題目前還沒有完全解決，因此難以實(shí)用化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種測量精確、易于操作和便于普及的三維表面測量方法及裝置。為達(dá)此目的本發(fā)明提出在物體表面投射規(guī)則的光點(diǎn)陣列，用兩個(gè)以上相機(jī)從不同角度拍攝上述光點(diǎn)陣列，匹配拍攝圖像中的光點(diǎn)投影點(diǎn)，并由此反求光點(diǎn)的三維坐標(biāo)。基于該方法的三維表面測量裝置可操作性好、測量精度高、速度快、成本低。
本發(fā)明的實(shí)施例由光點(diǎn)投射器，兩個(gè)視頻攝像頭，一臺裝有圖像采集卡的PC機(jī)構(gòu)成。
技術(shù)方案本發(fā)明提出的三維表面測量方法，其特征在于，用投射裝置向物體表面投射規(guī)則的光點(diǎn)陣列，用兩個(gè)以上成像裝置從不同角度拍攝所述光點(diǎn)陣列，匹配拍攝圖像中的光點(diǎn)投影點(diǎn)，并由此反求光點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
一種三維表面測量裝置，包括一個(gè)向物體表面投射規(guī)則光點(diǎn)陣列的投射裝置，兩個(gè)以上從不同角度拍攝所述光點(diǎn)陣列的成像裝置，以及匹配拍攝圖像中的光點(diǎn)投影點(diǎn)并由此反求光點(diǎn)三維坐標(biāo)的處理系統(tǒng)。
所述成像裝置和投射裝置之間保持固定。
所述成像裝置的拍攝是同步的。
所述投射裝置發(fā)出的光為不可見光。
所述成像裝置帶有可濾除或抑止投射光波段以外的光的濾光片。
所述投射裝置包括一個(gè)光源和一個(gè)帶有規(guī)則透光孔陣列的光柵。
所述透光孔為圓形。
所述透光孔呈正方形或正三角形排列。
所述光源為激光光源。
所述光源為閃光燈。
所述成像裝置為數(shù)字成像裝置，所述處理系統(tǒng)為數(shù)字處理系統(tǒng)。


圖1是本發(fā)明方法的原理示意圖。
圖2是本發(fā)明光點(diǎn)投射器的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是透光孔的排列方式圖。
圖4是本發(fā)明的三維表面測量的裝置圖。
具體實(shí)施例方式
圖1的示意圖中，1是投射裝置，2和3是成像裝置，4是物體，5是投射在物體表面的光點(diǎn)陣列。
圖2的光點(diǎn)投射器的結(jié)構(gòu)中，6為激光點(diǎn)光源，7為光柵，光柵上有透光孔陣列。透光孔的排列方式可以為方形或正三角形。
圖3的透光孔的排列方式中，8為方形排列，9為正三角形排列。
圖4的三維表面測量的裝置中，1是投射裝置，如光點(diǎn)投射器，2、3是成像裝置的左右兩個(gè)攝像頭，10為PC機(jī)，11為待測物體。從光源發(fā)出的光透過光柵上的透光孔在物體表面投射出規(guī)則的光點(diǎn)陣列，兩個(gè)攝像頭從左右方向同步拍攝該光點(diǎn)陣列，拍攝得到的圖像通過圖像采集卡進(jìn)入PC機(jī)中，由PC機(jī)上運(yùn)行的軟件匹配圖像中的光點(diǎn)投影點(diǎn)并反求出光點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
權(quán)利要求
1一種三維表面測量方法，其特征在于用投射裝置在物體表面投射規(guī)則的光點(diǎn)陣列，用兩個(gè)以上成像裝置從不同角度拍攝所述光點(diǎn)陣列，匹配拍攝圖像中的光點(diǎn)投影點(diǎn)并由此反求光點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
2一種三維表面測量裝置，其特征在于包括一個(gè)向物體表面投射規(guī)則光點(diǎn)陣列的投射裝置，兩個(gè)以上從不同角度拍攝所述光點(diǎn)陣列的成像裝置，以及匹配拍攝圖像中的光點(diǎn)投影點(diǎn)并由此反求光點(diǎn)三維坐標(biāo)的處理系統(tǒng)。
3根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維表面測量裝置，其特征在于所述成像裝置和投射裝置之間保持固定。
4根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維表面測量裝置，其特征在于所述成像裝置的拍攝是同步的。
5根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維表面測量裝置，其特征在于所述投射裝置發(fā)出的光為不可見光。
6根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維表面測量裝置，其特征在于所述成像裝置帶有可濾除或抑止投射光波段以外的光的濾光片。
7根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維表面測量裝置，其特征在于所述投射裝置包括一個(gè)光源和一個(gè)帶有規(guī)則透光孔陣列的光柵。
8根據(jù)權(quán)利要求7所述的三維表面測量裝置，其特征在于所述透光孔為圓形。
9根據(jù)權(quán)利要求7所述的三維表面測量裝置，其特征在于所述透光孔呈正方形或正三角形排列。
10根據(jù)權(quán)利要求7所述的三維表面測量裝置，其特征在于所述光源為激光光源。
11根據(jù)權(quán)利要求7所述的三維表面測量裝置，其特征在于所述光源為閃光燈。
12根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維表面測量裝置，其特征在于所述成像裝置為數(shù)字成像裝置，所述處理系統(tǒng)為數(shù)字處理系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及物體測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種三維表面測量方法及裝置。其方法是用投射裝置向物體表面投射規(guī)則的光點(diǎn)陣列，用兩個(gè)以上成像裝置從不同角度拍攝所述光點(diǎn)陣列，匹配拍攝圖像中的光點(diǎn)投影點(diǎn)，并由此反求光點(diǎn)的三維坐標(biāo)。它具有非接觸、速度快、易操作、成本低的特點(diǎn)，在工業(yè)設(shè)計(jì)和制造、產(chǎn)品反向設(shè)計(jì)、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。
文檔編號G01B11/00GK1587900SQ200410062790
公開日2005年3月2日 申請日期2004年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月9日
發(fā)明者劉暉, 李華 申請人:中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所