三维物体测量的光强自适应控制器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种三维物体测量的光强自适应控制器。三维扫描测量由计算机控制，计算机全部接受图像后，再进行编码及恢复三维图像。操作过程繁琐，存在数据丢失现象。本实用新型组成包括：测量外壳（1）以及下部依次安装的光源箱（2）、角度调节装置（3）、转动底座（4）和三腿升降支架（5）；测量外壳内安装CMOS摄像仪（6）、投影仪（7）和控制电路板（8），所述的控制电路板上集成FPGA芯片（9），及其连接的图像采集系统（10）、D/A转换器（11）、存储单元（12）、以太网接口控制单元（13）、PWM波动控制单元（14）、时钟电路（15）和LED光源（16）。本实用新型应用于三维物体测量的光强控制装置。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种三维物体测量的光强自适应控制器。 三维物体测量的光强自适应控制器
【背景技术】
[0002] 随着技术的进步，尤其是电子技术和计算机技术的迅猛发展，"数字化生存"已经 不仅仅是一句口号，而是正在变为现实。人们经常需要迅速地获得物体表面的立体信息，将 其转变成计算机能直接处理的数据。工业界要求能快速地测量物体表面的三维坐标，科技 工作者在三维彩色图像信息处理，三维物体识别的研究中需要快速获得大量的三维数据， 这些都面临着如何获取三维信息数据。如果说"数字化生存"是时代的潮流，那么真实世界 信息的数字化则是"数字化生存"的基础。这时，三维信息获取技术将显示其不可替代的重 要作用。
[0003] 三维信息获取技术，又称为三维数字化技术，它是研究快速获取物体表面空间坐 标，得到物体三维数字化模型的方法，始终是计算机领域研究热点之一。这一技术的研究涉 及光学、计算机视觉、图像处理、机器人学、生物视觉、人工智能等理论，具有重要的理论意 义和广阔的应用前景。CAD/CAM技术的迅速发展，使得汽车、模具、航空等工业在复杂自由 曲面的设计方面的应用越来越广泛。而作为三维信息获取技术的一个应用领域反求工程， 又称为逆向工程（Reverse Engineering),即从实物模型重建数学模型的过程，是CAD/CAM 领域的一个新的研究分支，现在已经发展为当今世界各国研究的热门课题。要从实物设计 加工出新产品，主要有两步：对实物进行测量并建立实物的CAD模型；根据CAD模型编辑修 改生成加工路径、加工出新产品或直接从测量数据生成加工路径实现对实物模型的复现产 品。进入二十世纪九十年代以来，出现了一些商品化的三维信息获取装置--三维扫描仪， 它能直接对三维实物进行立体扫描，获取其数字化立体彩色模型。由于它可以得到物体表 面的深度信息，其在工业、机器人视觉、军事侦察、地质等领域有广泛应用。
[0004] 但对物体进行三维扫描测量过程中都是由计算机控制，直接输出所需要的光栅条 纹，利用摄像机直接采集数据到图像采集卡，每一幅图像直接传输给计算机，图像全部接受 后，再进行编码及恢复三维图像。操作过程繁琐，存在数据丢失现象。
【发明内容】
[0005] 本实用新型的目的是提供一种三维物体测量的光强自适应控制器。
[0006] 上述的目的通过以下的技术方案实现：
[0007] -种三维物体测量的光强自适应控制器，其组成包括：测量外壳，所述的测量外 壳底部安装光源箱，所述的光源箱底部安装角度调节装置，所述的角度调节装置底部安装 转动底座，所述的转动底座底部连接三腿升降支架；所述的测量外壳内安装CMOS摄像仪、 投影仪和控制电路板，所述的控制电路板上集成EP3C16F484C8型FPGA芯片、以及所述的 EP3C16F484C8型FPGA芯片连接的图像采集系统、ADV7123型D/A转换器、存储单元、以太网 接口控制单元、PWM波动控制单元和时钟电路，所述的EP3C16F484C8型FPGA芯片还连接所 述的光源箱内的LED光源；其中，所述的图像采集系统连接所述的CMOS摄像仪；所述的D/ A转换器连接VGA接口，所述的VGA接口连接所述的投影仪；所述的以太网接口控制单元连 接以太网接口。
[0008] 所述的三维物体测量的光强自适应控制器，所述的EP3C16F484C8型FPGA芯片包 括RAM模块、通信模块、D/A控制模块和PWM波模块，所述的EP3C16F484C8型FPGA芯片通 过所述的PWM波模块连接所述的LED光源。
[0009] 所述的三维物体测量的光强自适应控制器，所述的图像采集系统包括光强检测单 元、数据量化编码单元和CMOS控制单元。
[0010] 所述的三维物体测量的光强自适应控制器，所述的CMOS摄像仪的CMOS摄像头和 所述的投影仪的投影镜头从所述的测量外壳的前侧表面伸出，所述的测量外壳左右两侧安 装通风罩。
[0011] 本实用新型的有益效果：
[0012] 本实用新型利用同一测量外壳内安装的CMOS摄像仪、投影仪和控制电路板对光 栅条纹进行投影和图像采集，测量外壳前表面安装的CMOS摄像头和投影仪镜头能够随其 获取、投影于不同坚直方向，此操作通过测量外壳与转动底座间的角度调节装置控制，而角 度调节装置固定安装于转动底座上，能够实现水平360°转动，当三腿升降支架固定后通过 转动底座的转动控制实现CMOS摄像头和投影仪镜头在任意水平方向上的获取和投影。由 于本实用新型的控制电路板上集成嵌入式FPGA芯片来完成光栅条纹的生成，再通过VGA接 口输出，利用CMOS摄像头直接采集图片，采集图片后进行实时编码，即每采集一幅图片实 时在嵌入式中量化并编码，将多幅图片依次按低位到高位编排，形成编码数据，再将编码后 的数据一次传送；通过实时编码的作用，提高了投射光栅、图片采集一系列的连续采集的速 度，同时增加实时编码及提高编码速度；该系统是脱离微机独立运行的实时编码器。具有体 积小、功耗低，将光栅条纹及图像采集系统结合于一体并实时编码后通过以太网传输，还可 以在硬件一级获得系统设计的极大灵活性，对逆向工程的整体发展具有很大的意义。
[0013] 物体测量系统中，投射处的光栅由CMOS摄像头来采集数据，并利用PWM波的方法 对实现完成测量来调节合适的光源强度，以保持物体测量过程中具有合适的光源，使数据 完成输出且不会丢失。另外，调节过程中，有时为了能够准确的分辨出数据，需要提高分辨 率，分辨率与数值孔径成正比例的关系，那么在调节数值孔径越大，采集的数据饱和，采集 到的数据信息就丢失，不能够采集完整的数据，此时能够利用PWM波的形式来调节光源的 强度；有时物体是有凹凸不平，必须保证凹面与平面在一个景深内，景深与光圈大小成反 比例关系，在测量过程中，要适当的放大景深，就需要收缩光圈，当光圈变小后，对比度就变 低，数据分辨的清楚需要将对比度增加，那么也通过调节PWM波的形式来调节光源的强度。 灵活的操作手段，保证测量者根据测量方式进一步选择控制PWM波调节光强的方法，实现 并行处理、运算的嵌入式芯片FPGA为主控制器，数据在采集之前，通过PWM波的方法对实现 完成测量来调节合适的光源强度。
【专利附图】
【附图说明】 [0014]
[0015] 附图1是本实用新型的整体结构示意图。
[0016] 附图2是本实用新型内部系统结构原理图。
[0017] 附图3是本实用新型内部涉及的FPGA芯片的结构原理图。
[0018] 附图4是本实用新型涉及的CMOS摄像头接口电路原理图。
[0019] 附图5是本实用新型涉及的VGA接口驱动电路原理图。
[0020] 附图6是本实用新型涉及的LED光源控制电路图。
【具体实施方式】 [0021]
[0022] 实施例1 :
[0023] 一种三维物体测量的光强自适应控制器，其组成包括：测量外壳1，所述的测量外 壳底部安装光源箱2,所述的光源箱底部安装角度调节装置3,所述的角度调节装置底部安 装转动底座4,所述的转动底座底部连接三腿升降支架5 ;所述的测量外壳内安装CMOS摄 像仪6、投影仪7和控制电路板8,所述的控制电路板上集成EP3C16F484C8型FPGA芯片 9、以及所述的EP3C16F484C8型FPGA芯片连接的图像采集系统10、ADV7123型D/A转换 器11、存储单元12、以太网接口控制单元13、PWM波动控制单元14和时钟电路15,所述的 EP3C16F484C8型FPGA芯片还连接所述的光源箱内的LED光源16 ;其中，所述的图像采集系 统连接所述的CMOS摄像仪；所述的D/A转换器连接VGA接口 17,所述的VGA接口连接所述 的投影仪；所述的以太网接口控制单元连接以太网接口 18。
[0024] 实施例2 :
[0025] 根据实施例1或2所述的三维物体测量的光强自适应控制器，所述的 EP3C16F484C8型FPGA芯片包括RAM模块19、通信模块20、D/A控制模块21和PWM波模块 22,所述的EP3C16F484C8型FPGA芯片通过所述的PWM波模块连接所述的LED光源。
[0026] 实施例3 :
[0027] 根据实施例1或2所述的三维物体测量的光强自适应控制器，所述的图像采集系 统包括光强检测单元、数据量化编码单元和CMOS控制单元。
[0028] 实施例4 :
[0029] 根据实施例1或2所述的三维物体测量的光强自适应控制器，所述的CMOS摄像仪 的CMOS摄像头和所述的投影仪的投影镜头从所述的测量外壳的前侧表面伸出，所述的测 量外壳左右两侧安装通风罩23。
【权利要求】
1. 一种三维物体测量的光强自适应控制器，其组成包括：测量外壳，其特征是：所述的 测量外壳底部安装光源箱，所述的光源箱底部安装角度调节装置，所述的角度调节装置底 部安装转动底座，所述的转动底座底部连接三腿升降支架；所述的测量外壳内安装CMOS摄 像仪、投影仪和控制电路板，所述的控制电路板上集成EP3C16F484C8型FPGA芯片、以及所 述的EP3C16F484C8型FPGA芯片连接的图像采集系统、ADV7123型D/A转换器、存储单元、 以太网接口控制单元、PWM波动控制单元和时钟电路，所述的EP3C16F484C8型FPGA芯片还 连接所述的光源箱内的LED光源；其中，所述的图像采集系统连接所述的CMOS摄像仪；所 述的D/A转换器连接VGA接口，所述的VGA接口连接所述的投影仪；所述的以太网接口控制 单元连接以太网接口。
2. 根据权利要求1所述的三维物体测量的光强自适应控制器，其特征是：所述的 EP3C16F484C8型FPGA芯片包括RAM模块、通信模块、D/A控制模块和PWM波模块，所述的 EP3C16F484C8型FPGA芯片通过所述的PWM波模块连接所述的LED光源。
3. 根据权利要求1或2所述的三维物体测量的光强自适应控制器，其特征是：所述的 图像采集系统包括光强检测单元、数据量化编码单元和CMOS控制单元。
4. 根据权利要求1或2所述的三维物体测量的光强自适应控制器，其特征是：所述的 CMOS摄像仪的CMOS摄像头和所述的投影仪的投影镜头从所述的测量外壳的前侧表面伸 出，所述的测量外壳左右两侧安装通风罩。
【文档编号】G01B9/00GK203881294SQ201420264112
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年5月22日 优先权日:2014年5月22日
【发明者】王刚, 王阳, 石磊, 何艳, 朱明清, 孙凯明, 陈庆文, 甄海涛, 聂洪淼 申请人:黑龙江省科学院自动化研究所