一种基于数字条纹投影的微型三维测量系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于数字条纹投影的微型三维测量系统，包括数字条纹投影装置（100），数字条纹投影装置（100）中DLP投影仪（101）投射数字条纹经过透镜组合：透镜一（102）、透镜二（103）和准直透镜一（104）形成满足光纤传像束（300）传输的数字条纹图；微型测量端（200），微型测量端（200）中数字条纹图依次经由透镜三（201）、孔径光阑（202）、准直透镜二（203）、45o反光镜（204）以及准直透镜三（205），投射到被测物（400）表面；调制变形的数字条纹经由准直透镜三（205）、45o反光镜（204）和透镜四（206）被小型CCD摄像机（207）采集并传输到计算机（500）。能够灵活的获得狭小空间内物体三维形貌信息，测量速度快、测量精度高和实现方法简单。
【专利说明】一种基于数字条纹投影的微型三维测量系统
【技术领域】
[0001]本发明属于测量【技术领域】，具体是适用于狭小空间内对物体表面进行形貌测量的一种基于数字条纹投影的微型三维测量系统。
【背景技术】
[0002]光学三维位轮廓测量技术由于具有非接触性、高精度和全场显示等优点，广泛应用于各种测量领域。
[0003]基于光学数字条纹投影三维形貌测量是较为简单实用的结构光测量技术。传统的结构光测量中，多采用光栅产生的数字条纹投影到被测物表面，被测物表面对数字条纹进行调制，使变形数字条纹包含被测物表面的三维形貌信息。
[0004]再通过不同光路以及图像传感器获取变形数字条纹图像，经由计算机处理，应用三维形貌重构算法得到被测物三维表面形貌信息。
[0005]测量过程应用相移技术提高测量精度，需要移动光栅，这样会降低测量效率，同时也会产生相移误差。基于此考量，利用数字投影技术，由计算机控制数字投影仪产生数字条纹并精确实现相移。
[0006]三维光学测量广泛应用于不同场合，测量设备的使用往往受到测量空间的限制，例如在受限空间内对文物形貌测量、对人体口腔牙齿形貌进行测量以及微小产品的逆向工程应用等等。目前应用的三维测量设备体积较大，依然受到限制并不适合用于狭窄空间内的测量。
[0007]采用结构光三维测量在受限制狭小空间内进行物体表面的三维轮廓测量，需要对三维光学测量系统进行小型化设计，使其能够较为便捷的在狭小空间内活动，同时能满足测量效率和测量精度三维要求。
【发明内容】
[0008]本发明提供一种基于数字条纹投影的微型三维测量系统，目的是能够实现狭窄空间内的被测物表面进行非接触测量，获得其表面三维形貌信息。
[0009]为此本发明的技术方案为，一种基于数字条纹投影的微型三维测量系统，包括计算机，其特征在于：还包括数字条纹投影装置（100)，数字条纹投影装置（100)中DLP投影仪(101)投射数字条纹经过透镜组合：透镜一（102)、透镜二（ 103)和准直透镜一（104)形成满足光纤传像束（300)传输的数字条纹图；
微型测量端（200)，微型测量端（200)中数字条纹图依次经由透镜三（201)、孔径光阑(202),准直透镜二（203)、45°反光镜（204)以及准直透镜三（205)，投射到被测物（400)表面；
调制变形的数字条纹经由准直透镜三（205 )、45°反光镜（204 )和透镜四（206 )被小型CCD摄像机（207 )采集并传输到计算机（500 )。
[0010]对上述方案的改进在于：数字条纹为计算机（500)生成的正弦周期变化数字条纹图。
[0011]对上述方案的改进在于：测量部整体体积为25mmX30mmX150mm之内。
[0012]有益效果：
本发明包括数字条纹投影装置、光纤传像束、微型测量端、计算机控制及图像处理系 统；计算机控制数字条纹投影装置生成投影数字条纹经由光纤传像束传输至微型测量端投 射到被测物表面；计算机通过微型测量端采集变形数字条纹，并由图像处理系统处理获得 被测物表面三维形貌信息。
[0013]本系统中计算机生成数字条纹图，并通过生成等相位差数字条纹图实现相移；同 时计算机控制小型CCD摄像机采集对应相位的变形数字条纹图；计算机控制及图形处理系 统通过对变形数字条纹图分析处理，获得被测物表面三维形貌信息并显示测量结果。
[0014]该三维测量系统最显著特征：能够在狭小空间内精确快速进行三维表面测量并快 速显示测量结果。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图I本发明测量系统示意图。
[0016]图2本发明三维测量系统结构及整体布局。
[0017]图中100是数字条纹投影装置，101是DLP投影仪，102是透镜一，103是透镜二， 104是准直透镜一，200是微型测量端，201是透镜三，202是孔径光阑，203是准直透镜二， 204是45°反光镜，205是准直透镜三，206透镜四，207是小型CXD摄像机，300是光纤传像 束，400是被测物，500是计算机。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实例对本发明作进一步说明，其中，此处描述的具体实例仅用于 解释本发明，并不限定于本发明。
[0019]如图I所示，本发明是一种基于数字条纹投影的微型三维测量系统，其中包括： 数字条纹投影装置（100)、光纤传像束（300)、微型测量端（200)、计算机（500)。
[0020]数字条纹投影装置（100)中，DLP投影仪（101)将计算机（500)生成的数字条纹 图通过透镜组合：透镜一（102)、透镜二（103)和准直透镜一（104)变换成满足光纤传像束 (300)传输的数字条纹图；
微型测量端（200)中，光纤传像束（300)投射出的数字条纹图依次经由透镜三（201)、 孔径光阑（202)、准直透镜二（203)、45°反光镜（204)以及准直透镜（205)，投射到被测物 (400)表面；
调制变形的数字条纹图经由准直透镜三（205)、45°反光镜（204)和透镜四（206)被小 型CXD摄像机（207)采集并传输到计算机（500)。
[0021]数字条纹为计算机（500)生成的正弦周期变化数字条纹图。
[0022]测量部整体体积为25mmX30mmX150mm之内。
[0023]计算机（500)生成四副等相位差的数字条纹图，数字条纹图投射到被测物表面受 到调制产生对应的变形数字条纹图。变形数字条纹图像的光强分布函数为：
I(x= I') = Jji (.Y= y) +(X、j) cos[p(x, v) + Cr] (I)其中，为CCD摄像机拍摄数字条纹图上像素（x，y)的光强，为背景光强，为调制数字条纹振幅。为像素（X，y)的相位。
[0024]采用四步相移技术分析处理计算机（500)采集得到的四副变形数字条纹图，对应的变形数字条纹为，则
J4(XV)-^(XV)
0(x. V) = arctan —-=- ,、
I1(XV)-A(XV) (2)
L, J--5 」
如图2所示为本发明测量实施过程，本实施例中整个测量系统由计算机（500)控制，实现数字条纹图的相移和对应的变形数字条纹图的获取。图像处理软件对获得的四副变形数字条纹的分析处理，并进行相移运算、去包裹运算等，最后在计算机（500)上得到所测物体表面的三维形貌信息。
[0025]以上所述为本发明较佳的应用实例而已，但本发明不应该局限于该实例和附图公开之内容，所以凡等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于数字条纹投影的微型三维测量系统，包括计算机，其特征在于：还包括数 字条纹投影装置（100)，数字条纹投影装置（100)中DLP投影仪（101)投射数字条纹经过透 镜组合：透镜一（102)、透镜二（ 103)和准直透镜一（104)形成满足光纤传像束（300)传输 的数字条纹图；微型测量端（200)，微型测量端（200)中数字条纹图依次经由透镜三（201)、孔径光阑 (202),准直透镜二（203)、45°反光镜（204)以及准直透镜三（205)，投射到被测物（400)表 面；调制变形的数字条纹经由准直透镜三（205)、45°反光镜（204)和透镜四（206)被小型 CCD摄像机（207)采集并传输到计算机（500)。
2.根据权利要求I所述的一种基于数字条纹投影的微型三维测量系统，其特征在于： 数字条纹为计算机（500)生成的正弦周期变化数字条纹图。
3.根据权利要求I所述的一种基于数字条纹投影的微型三维测量系统，其特征在于： 测量部整体体积为25mmX30mmX150mm之内。
【文档编号】G01B11/25GK103575235SQ201310550464
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月8日 优先权日:2013年11月8日
【发明者】张伟 申请人:湖北汽车工业学院