专利名称：一种双屏兼多频投影条纹的三维形貌测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光电无损检测仪器与技术，涉及一种双屏&多频投影条纹的三维形貌测量仪。
背景技术：
三维形貌光学测量技术发展从早期的影栅云纹法发展到投影栅线法，直到现在流行的投影条纹法。与机械形貌计相比，这些光学测量方法具有非接触、无损、精度高的特点，已经开始应用于人体医学、汽车工业和显微器件等形貌测量领域。特别是投影条纹法还具有以下明显优势:由计算机产生栅线来替代物理光栅，可实现栅线频率和相移量的任意可变，一般采用三步或四步相移法可实现高精度的三维形貌测量。现今的投影栅线三维形貌测量仪由两部分组成，一是投影仪将计算机产生的光栅投影到物体表面，二是CCD摄像机将经物体高度调制后的变形栅线采回到计算机中，进行相移、去包裹等图像处理算法后，得到物体的三维形貌。这类相移投影栅线形貌测量仪普遍存在以下缺点:1.将计算机生成的栅线画在监视器屏幕上，由投影仪将监视器屏幕投射出去。在整个栅线投射过程中，监视器屏幕被占用、不能执行任何鼠标操作，无法实时调整投影仪和CCD摄像机上的变焦镜头，也无法实时检查采集回来的图像质量是否满足相移法的要求。2.投影仪投射栅线和CXD摄像机采集图像不同步，造成错误的包裹相图，需要人工参与解决，无法实现动态、自动化测量要求。3.相位去包裹算法对空间不连续的物体表面失效，无法得到空间内多个物体的去包裹相位，通用性和可靠性差。
实用新型内容本实用新型提供了一种双屏&多频投影条纹三维形貌测量仪，解决监视器屏幕被占用、投影与采集不同步和不连续表面测量等问题。该测量仪能自动生成多种频率的相移条纹，保持条纹投影和图像采集同步，可测量不连续表面的物体，适用于任意设置的投影仪和CCD摄像机，具有简单、通用性好、可靠性强和自动化测量的特点。本实用新型的技术方案是:一种双屏兼多频投影条纹的三维形貌测量仪，包括计算机、显卡DVI投影仪、显卡VGA、监视器、图像采集卡和CXD摄像机，显卡DVI和显卡VGA连在计算机的主板上，投影仪经转换接头与显卡DVI插槽连接。主监视器与显卡VGA连接，CXD摄像机通过图像采集卡连接到计算机的主板。利用计算机双屏幕显示技术，计算机显卡VGA插槽连接的主屏幕上实时显示CXD摄像机采集的图像。主监视器与计算机显卡VGA插槽连接并且将Windows桌面扩展到该监视器上产生副监视器(虚拟屏幕)，虚拟屏幕作为副显示器，由主监视器(主屏幕)和副显示器(虚拟屏幕)组成双屏显示系统。计算机在虚拟屏幕上产生的多频相移正弦条纹，经投影仪投射到物体表面，同时在虚拟屏幕内同步触发CCD摄像机采集图像保存到计算机中，投影条纹依次循环产生相移，在计算机监视器的主屏幕上经过多频条纹图像处理计算得到不连续物体表面的三维形貌。其中，投采程序在虚拟屏幕中生成多种频率的相移正弦条纹，通过与计算机显卡DVI插槽连接的投影仪投射到物体表面。与此同时，投采程序同步触发与计算机内图像采集卡连接的CXD摄像机采集图像。上述的双屏兼多频投影条纹三维形貌测量仪的测量方法，包括以下步骤:a.安装与调整:将主监视器与计算机显卡VGA插槽连接，并且显示设置选择将Windows桌面扩展到该监视器上，产生虚拟屏幕。将投影仪经转换接头与计算机显卡DVI插槽连接，并将虚拟屏幕投射到被测物体上。将CCD摄像机连接与计算机内图像采集卡连接，打开测量显示程序实时观察采集的图像，调整投影仪和CXD摄像仪器的位置和变焦镜头，使得物体成像清晰、测量范围合适。b.投采与测量:在虚拟屏幕中生成多种频率的相移条纹，利用计算机双屏显示技术，通过投影仪投射出去，同步触发CCD摄像机采集图像到计算机硬盘中。依次循环，直到投采结束。在投采过程中，可以在主屏幕上运行测量显示程序，实时分析测量结果，得到不连续物体表面的三维形貌。其中，所述的投影仪投射相移条纹和同步触发CCD摄像机采集图像，该过程在虚拟屏.中执打。如果，同一条纹频率下的四幅相移图像计算出相应包裹相位图，这样得到多种条纹频率下的包裹相图，经图像处理后可得到不连续物体表面的三维形貌，该过程在主屏幕中执行。本实用新型由于采取了以上的技术方案，与现有技术相比，其产生的技术效果是:(a)突破了物理光栅的限制，本实用新型利用计算机生成的正弦条纹经投影仪投射到物体表面，不仅保证光栅质量，而且条纹频率和相移量可调。(b)突破了压电陶瓷相移器的限制，本实用新型利用计算机生成同一条纹频率下的四幅相移正弦条纹，相移量绝对准确。(C)可测量不连续表面的物体，本实用新型利用计算机生成多种频率的相移正弦条纹，相位恢复迅速且高频率足够保证测量精度，即为多频技术。(d)避免监视器主屏幕被占用，本实用新型采用计算机双频显示技术，条纹投影和图像采集过程在虚拟屏幕中执行，仪器系统调整和图像处理在主屏幕执行，两个屏幕互不干涉。(e)避免条纹投影和图像采集不同步，本实用新型条纹投影和图像采集由投采软件触发，在虚拟屏幕中同步执行。总之，该系统可用于不连续物体表面的形貌测量，可实现动态、自动化测量要求，系统通用性和可靠性好。
附图是本实用新型的结构示意图。[0025]图中:1计算机；2显卡DVI ；3投影仪；4显卡VGA ；5监视器；6图像采集卡；7(XD摄像机；8副监视器；9被测物体。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本实用新型的实施例。参阅附图，这是本实用新型的双屏&多频投影条纹三维形貌测量仪的结构示意图。本实用新型双屏&多频投影条纹三维形貌测量仪，由条纹投影装置和图像采集装置组成仪器系统，由主屏幕和虚拟屏幕组成双屏显示系统。所述的条纹投影装置包括计算机I和通过其显卡DVI插槽2连接的投影仪3 ;所述的图像采集装置包括计算机I及其显卡VGA插槽4、监视器5、图像采集卡6和CXD摄像机7 ;(XD摄像机7通过与计算机内的图像采集卡6连接；所述的主屏幕即为监视器5，监视器5与计算机显卡VGA插槽4连接；所述的虚拟屏幕是副监视器8，通过设置Windows桌面扩展到主监视器来实现；计算机在虚拟屏幕8上产生多频相移正弦条纹，经投影仪3投射到被测物体9表面，同时在虚拟屏幕8内同步触发CCD摄像机7采集图像保存到计算机I中，投影条纹依次循环产生相移，在计算机监视器主屏幕5上计算得到不连续物体表面的三维形貌。使用时，将CCD摄像机与计算机内图像采集卡连接，将投影仪经转换接头与计算机显卡DVI插槽连接,将主监视器(主屏幕)与计算机显卡VGA插槽连接并将Windows桌面扩展到该监视器上，产生副监视器(虚拟屏幕)。调整投影仪和C⑶摄像机的位置及变焦镜头，保证物体成像清晰、大小适合。计算机生成的多种频率的相移正弦条纹经投影仪投射到物体表面，同步触发CCD摄像机采集图像，经过多频条纹相位计算得到数字化结果。本实用新型双屏&多频投影条纹三维形貌测量仪的测量方法包括以下步骤:a.准备:将被测物体放置在仪器系统前方，调整投影仪和CXD摄像机的位置和变焦镜头，保证被测物体成像清晰和大小适中。b.测量:(bl)将计算机在虚拟屏幕中产生的多种频率的相移条纹输入投影仪，投射到物体表面。(b2)在虚拟屏幕中同步触发CXD摄像机采集图像到计算机硬盘中。(b3)依次循环，直到投采结束。(b4)在主屏幕上运行测量显示程序，实时分析测量结果，得到不连续物体表面的三维形貌。本实用新型利用投影仪投射多种频率的相移条纹，条纹频率和相移量可变，突破物理光栅和压电陶瓷相移器的限制。通过调整投影仪和CCD摄像机的位置和变焦透镜，可以形成不同面积的光场，适用于不同大小的物体，应用范围更广。采用计算机双屏显示技术，条纹投影和图像采集在虚拟屏幕中同步触发，不占据主屏幕，条纹相移准确，投影和采集自动化；主屏幕中对多种频率的条纹图像进行图像处理，具有很高的灵敏度和准确度。本实用新型做到投采和处理分析互不干涉，可同时自动进行，适合不连续物体表面的动态形貌数字化测量。
权利要求1.一种双屏兼多频投影条纹的三维形貌测量仪，其特征在于，该三维形貌测量仪包括计算机(I)、显卡DVI (2)、投影仪(3)、显卡VGA (4)、监视器(5)、图像采集卡(6)、C⑶摄像机(7)和副监视器(8)，显卡DVI (2)和显卡VGA (4)连在计算机(I)的主板上，投影仪(3)经转换接头与显卡DVI (2)插槽连接；主监视器(5)与显卡VGA (4)连接，CXD摄像机(7)通过图像采集卡(6)连接到计算机(I)的主板；主监视器(5)与计算机显卡VGA插槽连接并且将Windows桌面扩展到该监视器上产生副监视器(8)，虚拟屏幕作为副显示器(8)，由主监视器(5)和副显示器(8)组成双屏显示系统。
专利摘要一种双屏兼多频投影条纹三维形貌测量仪，包括显卡DVI和显卡VGA连在计算机的主板上，投影仪经转换接头与显卡DVI插槽连接；主监视器与显卡VGA连接，CCD摄像机通过图像采集卡连接到计算机的主板；主监视器与计算机显卡VGA插槽连接并且将Windows桌面扩展到该监视器上产生副监视器(虚拟屏幕)，虚拟屏幕作为副显示器，主屏幕和虚拟屏幕组成双屏显示系统。计算机在虚拟屏幕上产生多频相移正弦条纹，经投影仪投射到物体表面，同时在虚拟屏幕内同步触发CCD摄像机采集图像，投影条纹依次循环产生相移。在经过多频条纹图像处理计算得到不连续物体表面的三维形貌，通用性和可靠性好，可实现动态、自动化测量要求。
文档编号G01B11/25GK203011352SQ20122068522
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年12月10日
发明者雷振坤, 付敏瑞, 王春莉 申请人:大连理工大学