一種彩色3d測量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種彩色3D測量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]三維測量主要采用兩個(gè)攝像機(jī)或者一個(gè)攝像機(jī)與光學(xué)折反射系統(tǒng)構(gòu)成的雙目立體視覺傳感器，從不同位置或者角度拍攝得到同一空間物體的多幅圖像，基于視差原理即可獲取物體的三維幾何信息，重建周圍場景的三維形狀與位置。三維測量通常有以下幾種方法:
[0003]第一、結(jié)構(gòu)光視覺測量技術(shù)。主要通過向被測對象投射相應(yīng)模式的結(jié)構(gòu)光，由攝像機(jī)拍攝變形光條圖像，基于光學(xué)三角原理來獲取物體表面的三維信息。該技術(shù)已成為解決物體表面形貌測量、空間位置測量、三維運(yùn)動信息獲取等許多在線測量的有效途徑之一，具有非接觸、動態(tài)響應(yīng)快、系統(tǒng)柔性好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)和加工質(zhì)量控制、逆向工程以及自動控制等諸多領(lǐng)域。
[0004]第二、相移測量技術(shù)(PMP)。其是利用一定相位差的多幅光柵條紋圖像算出每個(gè)像素的相位值，然后根據(jù)相位值計(jì)算物體的高度信息。具體過程如下:首先向被測物體表面投射光柵條紋，所投射的條紋受到物體表面的形狀調(diào)制而產(chǎn)生變形，再對變形的條紋圖像進(jìn)行處理，解調(diào)出代表物體高度的相位信息，最后經(jīng)過相位去包裹和幾何計(jì)算就可以獲得被測物體表面的三維幾何信息。PMP方法需要至少三幅以上的光柵條紋圖像才能進(jìn)行相位計(jì)算，同時(shí)被測物體在拍攝過程中不能移動，通常適合于靜態(tài)物體的三維測量。
[0005]第三、共焦掃描技術(shù)?；邳c(diǎn)照明、點(diǎn)成像和點(diǎn)探測三點(diǎn)共軛的原理，當(dāng)被測表面與探測面共軛時(shí)，在點(diǎn)探測器上的像點(diǎn)最小，點(diǎn)探測器接收到的光能量最大；當(dāng)被測表面偏離物點(diǎn)時(shí)，探測器上的像點(diǎn)變大，點(diǎn)探測器接收到的光能量變小。測量時(shí)控制物點(diǎn)與被測面重合，保證探測器的輸出值最大，便可描繪出被測表面的形貌。共焦測量方法(如激光共焦掃描顯微鏡)由于其高精度、高分辨率及易于實(shí)現(xiàn)三維成像數(shù)字化的獨(dú)特優(yōu)勢在生物醫(yī)學(xué)、半導(dǎo)體檢測等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0006]第四、數(shù)字散斑技術(shù)，用數(shù)字方法記錄散斑圖像，通過對形變前后散斑圖像進(jìn)行匹配，來獲取待測物體的形變信息，也就是數(shù)字散斑相關(guān)測量方法。這里的“圖像”代表所有反應(yīng)物面信息的可視載體，包括激光散斑圖像、人工散斑圖像和反應(yīng)物面特征的其他形式的圖像。由于數(shù)字散斑相關(guān)測量技術(shù)具有對原始數(shù)據(jù)的采集方式比較簡單、對測量環(huán)境的要求低、可直接測量位移和應(yīng)變兩組信息、便于實(shí)現(xiàn)測量自動化等優(yōu)點(diǎn)，在材料應(yīng)力應(yīng)變測量、結(jié)構(gòu)承受力分析等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0007]此外，CA2686904A1中也公開了一種手持式掃描裝置，能夠在兩種操作模式下完成三維掃描。
[0008]但是，上述三維測量方法通常只能獲得待測物體的三維幾何信息，而無法提供全彩色信息。為了獲得彩色信息，現(xiàn)有技術(shù)中也出現(xiàn)了一些方法，具體如下:
[0009]CN104251995A在【背景技術(shù)】中公開了采用彩色相機(jī)對場景進(jìn)行二維拍照，再將彩色照片與三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行合成，間接獲得彩色三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，生成彩色三維模型。
[0010]CN104776815A在【背景技術(shù)】中進(jìn)一步公開了在三維輪廓測量過程中，同時(shí)測量物體顏色信息的兩種解決方法:一是投影紅外結(jié)構(gòu)光，在用于獲取物體顏色信息的彩色數(shù)據(jù)相機(jī)前加上紅外截止濾波片即可;二是通過頻閃結(jié)構(gòu)光的方式，先投影結(jié)構(gòu)光，同時(shí)拍攝結(jié)構(gòu)光的圖像用于計(jì)算三維輪廓，再關(guān)閉結(jié)構(gòu)光拍攝彩色圖像用于計(jì)算物體的顏色信息。
[0011]CN102980526A中進(jìn)一步提出了僅采用黑白相機(jī)獲取彩色圖像的三維掃描儀及其掃描方法。其公開的三維掃描儀，包括一個(gè)投影儀，至少一個(gè)黑白相機(jī)及一個(gè)控制系統(tǒng)。所述投影儀分別向被掃描物體投射紅、綠、藍(lán)三種單色光。當(dāng)所述投影儀向被掃描物體投射每種單色光時(shí)，所述至少一個(gè)黑白相機(jī)從多個(gè)角度分別拍攝被掃描物體的多張圖像。所述控制系統(tǒng)能夠以投影儀投紅色光采集到的圖像的灰度值作為紅色通道的值，投綠色光采集到的圖像的灰度值作為綠色通道的值，以投藍(lán)色光采集到的圖像的灰度值作為藍(lán)色通道的值，由組合的三通道值得到完整的彩色圖像，從而得到被掃描物體多個(gè)角度的彩色圖像。
[0012]CN202074952U的技術(shù)原理與CN102980526A類似，其中進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了僅使用單相機(jī)一單投影儀的三維形貌和彩色紋理獲取系統(tǒng)。
[0013]CN1426527A中公開了一種數(shù)字化器，其中包括兩個(gè)照相機(jī)和兩個(gè)投影器，投影器中的一個(gè)用于在目標(biāo)物體表面上投影編碼圖案的光柵元件，另一個(gè)用于獲取目標(biāo)物體的紋理信息。
[0014]本發(fā)明就是基于數(shù)字散斑技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)獲取，但是，這樣獲取的數(shù)據(jù)不能提供全彩色信息，因此，當(dāng)需要彩色結(jié)構(gòu)時(shí)，通過紋理信息相機(jī)采集的圖像與三維數(shù)據(jù)相匹配，即可獲得彩色的三維物體結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的是提供一種小型化彩色3D測量設(shè)備，主要用于如人體口腔牙齒或其它空間受限場所的彩色三維數(shù)據(jù)獲取。
[0016]本發(fā)明提供了一種彩色3D測量系統(tǒng)，其特征在于，包括:照明裝置、3D測量及紋理采集裝置、時(shí)序控制電路。照明電路用于投影光線到被測物體，3D測量及紋理采集裝置用于獲取被測物體的圖像，時(shí)序控制電路連接到照明裝置和3D測量及紋理采集裝置，用于控制照明裝置和3D測量及紋理采集裝置的運(yùn)行時(shí)序。
[0017]照明裝置包括光源、第一底片、第二底片、投影鏡頭、分光鏡、傳動機(jī)構(gòu)。
[0018]第一底片為編碼底片，第二底片為白光底片。光源用于照亮第一底片和第二底片。
[0019]第一底片和第二底片均被固定在傳動機(jī)構(gòu)上。傳動機(jī)構(gòu)能夠上下傳動或左右傳動，從而使得第一底片或第二底片位于光源的光路上。
[0020]投影鏡頭用于將被照亮的第一底片和第二底片投影出。分光鏡為半反半透分光鏡，既能夠允許部分光線透射，又能夠允許另一部分光線反射的半反半透分光鏡。投影鏡頭和分光鏡在同一光路上。
[0021]光源發(fā)出的分別照亮第一底片和第二底片光的光路在經(jīng)過分光鏡后相同。
[0022]時(shí)序控制電路，連接到照明裝置和3D測量及紋理采集裝置。
[0023]在第一周期內(nèi)，時(shí)序控制電路控制照明裝置的光源照亮第一底片，從而由投影鏡頭將第一底片投出，形成編碼圖案，并且同步控制3D測量及紋理采集裝置獲取第一圖像數(shù)據(jù)。
[0024]在第二周期內(nèi)，時(shí)序控制電路控制照明裝置的光源照亮第二底片，從而由投影鏡頭將第二底片投出，形成均質(zhì)白光，并且同步控制3D測量及紋理采集裝置獲取第二圖像數(shù)據(jù)。
[0025]其中，第一圖像為用于生成三維數(shù)據(jù)的圖像數(shù)據(jù)，第二圖像為被測物體彩色紋理的圖像數(shù)據(jù)。
[0026]本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:
[0027]I，采用數(shù)字散斑測量方法，具有速度快、精度高的特點(diǎn)，可應(yīng)用于動態(tài)變化目標(biāo)的測量。
[0028]2，采用彩色紋理相機(jī)匹配三維物體的表面色彩紋理，可實(shí)現(xiàn)彩色三維物體數(shù)據(jù)的獲取。
[0029]3，能夠完成小型化的設(shè)計(jì)，可使該設(shè)備應(yīng)用于空間受限場所的三維數(shù)據(jù)測量。
【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明彩色3D測量系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖；
[0031]圖2A-2B是根據(jù)本發(fā)明的3