专利名称：三维表面测量方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及物体测量技术领域，特别是一种三维表面测量方法及装置。
背景技术：
物体的三维测量技术在工业设计与制造、质量检测与控制、地形测量与勘探等领域应用广泛。近年来其应用还扩展到产品仿制和反向工程、快速原型设计、人体测量与人体工程学设计、影视特效、虚拟现实等领域。
三维表面测量主要有两类方法即接触式和非接触式。接触式测量的主要方法为三坐标测量仪，有机械式和非机械式(如光学探头)两种。其优点是测量精度高，缺点是测量速度慢，对工作环境要求高，因此应用受到较大限制。整体来说，三坐标测量仪难以满足当今快速、高效测量的需求。
非接触的三维测量方法有激光往返时间法、结构光法、立体视觉法、投影栅相位法等。
激光往返时间法该方法的工作原理是通过测量激光脉冲的往返时间来测量物体上点的三维坐标，其关键技术在于光往返时间的测量，由于光速非常快，因此该时间的测量对设备要求很高，故造价非常昂贵。
结构光法该方法利用的是结构光原理，即用投影仪向物体表面投射线状结构光，再用相机从另外一个角度拍摄上述结构光，利用出射点、投影点和成像点之间三角关系来确定物体表面点的三维坐标。该方法一般用激光做光源，现今主流的激光扫描仪即为此类。激光扫描仪的精度高，但属于精密光机设备，价格昂贵，非一般用户所能承受。
立体视觉法立体视觉法借鉴了人眼的双目视觉，通过匹配物体在不同图像上的投影点，由三角测量原理来反求物体表面点的三维坐标。该方法能够一次获取一块区域的三维信息，但其匹配问题较难解决，算法复杂且不稳定，耗时长，在物体表面特征信息不够丰富时难以获得好的结果。
投影栅相位法该方法通过在物体表面投射条纹光栅，利用被调制栅线的相位畸变信息得到物体的三维信息，它采用数学的方法解调并展开相位，利用展开的相位值计算相对参考面的高度。投影栅相位法的关键技术在于相位展开问题，该问题目前还没有完全解决，因此难以实用化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量精确、易于操作和便于普及的三维表面测量方法及装置。为达此目的本发明提出在物体表面投射规则的光点阵列，用两个以上相机从不同角度拍摄上述光点阵列，匹配拍摄图像中的光点投影点，并由此反求光点的三维坐标。基于该方法的三维表面测量装置可操作性好、测量精度高、速度快、成本低。
本发明的实施例由光点投射器，两个视频摄像头，一台装有图像采集卡的PC机构成。
技术方案本发明提出的三维表面测量方法，其特征在于，用投射装置向物体表面投射规则的光点阵列，用两个以上成像装置从不同角度拍摄所述光点阵列，匹配拍摄图像中的光点投影点，并由此反求光点的三维坐标。
一种三维表面测量装置，包括一个向物体表面投射规则光点阵列的投射装置，两个以上从不同角度拍摄所述光点阵列的成像装置，以及匹配拍摄图像中的光点投影点并由此反求光点三维坐标的处理系统。
所述成像装置和投射装置之间保持固定。
所述成像装置的拍摄是同步的。
所述投射装置发出的光为不可见光。
所述成像装置带有可滤除或抑止投射光波段以外的光的滤光片。
所述投射装置包括一个光源和一个带有规则透光孔阵列的光栅。
所述透光孔为圆形。
所述透光孔呈正方形或正三角形排列。
所述光源为激光光源。
所述光源为闪光灯。
所述成像装置为数字成像装置，所述处理系统为数字处理系统。
图1是本发明方法的原理示意图。
图2是本发明光点投射器的结构图。
图3是透光孔的排列方式图。
图4是本发明的三维表面测量的装置图。
具体实施例方式
图1的示意图中，1是投射装置，2和3是成像装置，4是物体，5是投射在物体表面的光点阵列。
图2的光点投射器的结构中，6为激光点光源，7为光栅，光栅上有透光孔阵列。透光孔的排列方式可以为方形或正三角形。
图3的透光孔的排列方式中，8为方形排列，9为正三角形排列。
图4的三维表面测量的装置中，1是投射装置，如光点投射器，2、3是成像装置的左右两个摄像头，10为PC机，11为待测物体。从光源发出的光透过光栅上的透光孔在物体表面投射出规则的光点阵列，两个摄像头从左右方向同步拍摄该光点阵列，拍摄得到的图像通过图像采集卡进入PC机中，由PC机上运行的软件匹配图像中的光点投影点并反求出光点的三维坐标。
权利要求
1一种三维表面测量方法，其特征在于用投射装置在物体表面投射规则的光点阵列，用两个以上成像装置从不同角度拍摄所述光点阵列，匹配拍摄图像中的光点投影点并由此反求光点的三维坐标。
2一种三维表面测量装置，其特征在于包括一个向物体表面投射规则光点阵列的投射装置，两个以上从不同角度拍摄所述光点阵列的成像装置，以及匹配拍摄图像中的光点投影点并由此反求光点三维坐标的处理系统。
3根据权利要求2所述的三维表面测量装置，其特征在于所述成像装置和投射装置之间保持固定。
4根据权利要求2所述的三维表面测量装置，其特征在于所述成像装置的拍摄是同步的。
5根据权利要求2所述的三维表面测量装置，其特征在于所述投射装置发出的光为不可见光。
6根据权利要求2所述的三维表面测量装置，其特征在于所述成像装置带有可滤除或抑止投射光波段以外的光的滤光片。
7根据权利要求2所述的三维表面测量装置，其特征在于所述投射装置包括一个光源和一个带有规则透光孔阵列的光栅。
8根据权利要求7所述的三维表面测量装置，其特征在于所述透光孔为圆形。
9根据权利要求7所述的三维表面测量装置，其特征在于所述透光孔呈正方形或正三角形排列。
10根据权利要求7所述的三维表面测量装置，其特征在于所述光源为激光光源。
11根据权利要求7所述的三维表面测量装置，其特征在于所述光源为闪光灯。
12根据权利要求2所述的三维表面测量装置，其特征在于所述成像装置为数字成像装置，所述处理系统为数字处理系统。
全文摘要
本发明涉及物体测量技术领域，特别是一种三维表面测量方法及装置。其方法是用投射装置向物体表面投射规则的光点阵列，用两个以上成像装置从不同角度拍摄所述光点阵列，匹配拍摄图像中的光点投影点，并由此反求光点的三维坐标。它具有非接触、速度快、易操作、成本低的特点，在工业设计和制造、产品反向设计、虚拟现实等领域有广泛应用前景。
文档编号G01B11/00GK1587900SQ200410062790
公开日2005年3月2日 申请日期2004年7月9日 优先权日2004年7月9日
发明者刘晖, 李华 申请人:中国科学院计算技术研究所