一種基于分通道測量提取技術的三維測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于光電測量領域，具體涉及一種基于分通道測量提取技術的三維測 量裝置。
【背景技術】
[0002] 形體三維測量技術又稱物體三維數字化技術，是指通過三維測量方法和設備，將 物體的表面形狀轉換成離散的幾何點坐標數據。其主要應用領域有：航天航空、汽車、摩托 車、船舶、模具、家用電器等工業(yè)制品的設計、開發(fā)及后續(xù)的產品質量檢測；機器視覺；生物 醫(yī)學；3D建模；虛擬現實和仿真訓練；藝術品及考古文物的數字保存及修復；娛樂業(yè)中的影 視廣告和電子游戲所需的三維特效等。
[0003] 形體三維測量技術可分為接觸式和非接觸式兩大類。隨著生產的快速發(fā)展和產品 質量的提高，對形體三維測量技術的需求越來越多，性能要求也越來越高。根據生產的實際 需求，非接觸式測量以其高速高效、高度自動化和成本低等優(yōu)點而在生產應用中得到廣泛 應用。
[0004] 目前，相位測量輪廓術（PMP)是一種應用廣泛的非接觸式三維測量方法，具有較 高的測量速度與測量精度。系統(tǒng)通過攝像機采集投影儀對被測物體投射三步或四步相移的 光柵條紋，使用相位解包裹算法，從截斷的包裹相位恢復為連續(xù)的真實相位，經過定標算法 和相位高度映射關系恢復物體的三維形貌。其測量精度能達到毫米級。
[0005] 現今的基于相位測量輪廓術的三維測量系統(tǒng)主要由兩部分組成，一是投影儀將計 算機產生的光柵投影到物體表面，二是攝像機將經物體高度調制后的變形光柵條紋采回到 計算機中，進行解包裹和三維重構后，得到物體的三維形貌。這類三維測量系統(tǒng)因為要拍攝 三幅或四幅甚至更多的投影條紋圖，導致拍攝時間較長，速度慢。 【實用新型內容】
[0006] 為了克服現有的三維測量系統(tǒng)中投影條紋圖數量多、單次測量時間長的缺點，本 實用新型提供一種基于分通道測量提取技術的三維測量裝置。該三維測量裝置不僅能準確 的重構出原物體三維形貌，并且具有所需投影條紋圖數量少，測量速度快的特點。
[0007] 本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于分通道測量提取技術 的三維測量裝置，包括：投影儀，用于將彩色三步相移圖投射于被測物體；相機，包含X 3感 光器件，所述相機相對于投影儀投射方向以形成夾角放置，用于拍攝被投射彩色三步相移 圖的被測物體；計算機，與所述投影儀、所述相機連接，用于對拍攝的圖像進行顏色分通道 提取以計算出被測物體的三維形貌。
[0008] 進一步的，所述相機相對于投影儀投射方向以一定夾角放置，且置于無光的暗室 中。
[0009] 進一步的，所述投影儀采用數字光投影儀DLP。
[0010] 本實用新型的一種基于分通道測量提取技術的三維測量裝置有益效果是：由于每 個像素提供完整的三原色信息，把色彩信號組合成圖像文件的過程簡單很多，降低了對圖 像處理的計算要求，該三維測量裝置不僅能準確的重構出原物體三維形貌，并且具有所需 投影條紋圖少、測量速度快的特點。
【附圖說明】
[0011]圖1是本實用新型的基于分通道測量提取技術的三維測量裝置的整體結構示意 圖；
[0012] 圖2是本實用新型的三維測量裝置的使用示意圖；
[0013] 圖3是X3感光器件以及與傳統(tǒng)(XD/CM0S感光器件的基本原理對比示意圖；
[0014] 圖4是圖1所示的三維測量裝置的各部件連接關系及各部件主要功能的示意框 圖。
[0015] 上述圖中，1是X3感光器件的相機，2是數字光投影儀DLP，3是底座，4是三腳架， 5是計算機，6是被測物體，7是白色的標準平板。
【具體實施方式】
[0016] 如圖1，本實用新型的一種基于分通道測量提取技術的三維測量裝置，包括一臺采 用每個像素提供三原色的圖像感光技術的相機1、用于將預定圖案投射于被測物體的投影 儀2和用于對拍攝的圖像進行顏色分通道提取以計算出被測物體的三維形貌的計算機3。
[0017] 在本實施例之中，相機1的型號是SIGMA SDl Merrill，相機的分辨率為 4704 X 3136 X 3,像面尺寸為23. 7 X 15. 7 (mm)，感光器件為Foveon X3 CMOS;投影儀的型號 是 BenQ EP7230,分辨率為 1024X768。
[0018] 如圖2,使用者可以先將底座3、相機1和投影儀2固定于三腳架4上，然后把三腳 架4支起，置于一無光的暗室中，被測物體6則放置在投影儀的投影方向處，并放置白色的 標準平板7,方便放置物體。連接好計算機5與相機1、投影儀2之間的數據傳輸線路和控 制線路，調整被測物體6與投影儀2的距離，使被測物體大致位于投影儀2投射方向上的焦 點位置。
[0019] 啟動計算機5的控制程序使得投影儀2向被測物體投射彩色三步相移圖，并使得 相機1實時采集被投影后的被測物體圖像。完成采集后，將采集的圖像輸入到配套的計算 機程序之中，用于計算得到最終的三維重構圖像。計算機程序主要包括根據三步相移算法 獲得包裹相位，后通過解包裹算法后獲得絕對相位，并根據事先標定的高度相位映射表重 構出物體的三維形貌。
[0020] 如圖3,采用X3技術的感光器件有特殊的三層構造特性，在每個像素上可攝取紅、 綠、藍光，通過分通道測量，得到紅、綠、藍三通道準確的灰度值，能量利用率達到100% ;而 傳統(tǒng)感光器件在感光元件上通過彩色過濾器只讓某一波長的光線通過，故每個像素只能攝 取單一顏色，且只能攝取50%的綠色，25%的紅色和藍色，能量利用率偏低。相機1相比普 通的采用傳統(tǒng)CCD/CM0S感光器件的相機能獲取更加準確的測量值；最后，通過使用分通道 提取技術，能提取出各通道所對應的條紋灰度值圖像。
[0021] 如圖4,三腳架4和底座3用來固定好相機1和投影儀2,并方便裝置的移動；投影 儀2用來投射計算機產生的彩色三步相移圖，該彩色三步相移圖的具體形成過程如下：將 設置一定頻率的余弦條紋經過兩次移動，每次移動步長2 31 /3,具體如下面公式所示：
[0022]
[0023] 式中，A是平均灰度值，B是調制灰度值，Φ (X，y)為包裹相位，Ii (X，y) (i = 1，2， 3)表示各步相移中各點處的總灰度值。
[0024] 并將三幅三步相移圖依次輸入圖像的紅色通道、綠色通道和藍色通道中，使之結 合成一幅包含著三步相移信息的彩色圖片。
[0025] 在使用生成的彩色圖片對待測物體投影后，并由計算機5控制，保證投射的同時， 相機1工作，實時采集到含有包裹相位的被測物體的二維圖像，并將圖像傳輸到計算機5， 計算機5使用顏色通道分離技術分離三組顏色通道的圖像，獲得每一組顏色通道對應的條 紋灰度值。其中，紅色通道獲取相移量為-2 π