一种高精度激光投影视觉三维测量系统

1.本发明涉及三维测量技术领域，具体为一种高精度激光投影视觉三维测量系统。


背景技术：

2.三维测量可定义为“一种具有可作三个方向移动的探测器，可在三个相互垂直的导轨上移动，此探测器以接触或非接触等方式传送讯号，三个轴的位移测量系统经数据处理器或计算机等计算出工件的各点坐标(x、y、z)及各项功能的测量”，三维测量的测量功能应包括尺寸精度、定位精度、几何精度及轮廓精度等，激光投影视觉三维测量是一种结合结构光技术、相位测量技术、计算机视觉技术的复合三维非接触式测量技术，这种测量原理，使得对物体进行照相测量成为可能，所谓拍照测量，就是类似于照相机对视野内的物体进行照相，不同的是照相机摄取的是物体的二维图象，而研制的测量仪获得的是物体的三维信息。
3.激光投影视觉三维测量具有高效、测量时的点云稠密和不损伤待测物体表面的优点，但是其在测量高反光物体的表面时，由于高反光物体的表面反射光较强，表面反射率变化范围大，从而造成其成像饱和、测量精度下降和测量数据缺失，目前常见的解决方法为喷涂显影剂，但是喷涂显影剂对对文物等其他珍贵物品的测量会造成伤害，并且喷涂显影剂本身就已经在物体表面产生了误差，为此，我们提出了一种高精度激光投影视觉三维测量系统。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种高精度激光投影视觉三维测量系统，解决了上述背景技术中的问题。
6.(二)技术方案
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高精度激光投影视觉三维测量系统，所述圆形底座外壁上端固定安装有环形安装架，所述环形安装架前侧左右对称固定安装有结构光投影测量仪，所述结构光投影测量仪内壁前端右侧固定安装有大口径受光镜头，所述结构光投影测量仪内壁前端左侧固定安装有高精度cmos，所述结构光投影测量仪内壁后端左侧固定安装有激光发生器一，所述结构光投影测量仪内壁后端且位于所述激光发生器一右侧固定安装有柱面物镜，所述环形安装架左右两侧和后侧均固定安装有双目立体视觉成像相机，所述环形安装架外壁上端且位于三个所述双目立体视觉成像相机之间固定安装有散斑激光发生器，所述散斑激光发生器包括壳体，所述壳体外壁左侧固定安装有激光发生器二，所述壳体内部固定安装有磨砂玻璃，所述圆形底座外壁上方固定安装有转动盘，所述转动盘上方放置有待测物体。
8.优选的，所述激光发生器一能够通过柱面物镜将点光源转化为线光源，所述激光发生器二能够通过磨砂玻璃产生均匀的激光散斑。
9.优选的，所述转动盘内部固定安装有转动电机。
10.优选的，计算机模块信号连接有高动态范围处理模块和双目立体成像模块。
11.优选的，所述高动态范围处理模块通过多重曝光法、自适应投影法、偏振片滤光法、光度立体技术和颜色不变形法进行处理。
12.优选的，所述双目立体成像模块包括标定方法、原始图像矫正、像素点匹配、计算深度和图像矫正，其中所述计算深度推导公式为：其中f为双目立体视觉成像相机的相机焦距，b为左右相机的基线，d为双目立体视觉成像相机的视差，即为双目立体视觉成像相机中的左相机的每个像素点(xl,yl)和右相机中对应点(xr,yr)的对应关系。
13.优选的，所述多重曝光法为调整投影强度和调整投影时间，是通过将不同曝光时间下采集的图像融合成一张图像来避免图像的饱和并且达到较高的信噪比。
14.(三)有益效果
15.本发明提供了一种高精度激光投影视觉三维测量系统，具备以下有益效果：
16.(1)、本发明通过转动盘能够带动待测物体在圆形底座转动，使得待测物体能够同时被结构光投影测量仪和双目立体视觉成像相机进行测量。
17.(2)、本发明通过高动态范围处理模块对具有高反光度的待测物体进行处理，包括多重曝光法、自适应投影法、偏振片滤光法、光度立体技术和颜色不变形法，多重曝光法为调整投影强度和调整投影时间，是通过将不同曝光时间下采集的图像融合成一张图像来避免图像的饱和并且达到较高的信噪比。
18.(3)、本发明通过散斑激光发生器能够产生均匀的激光散斑，从而形成激光散斑照明环境，使得环形安装架上的双目立体视觉成像相机能够更好的捕捉待测物体的表面特征，减少双目立体视觉成像相机拍摄时的失真和畸变。
附图说明
19.图1为本发明结构示意图；
20.图2为本发明的系统原理图；
21.图3为本发明结构光投影测量仪结构示意图；
22.图4为本发明散斑激光发生器结构示意图。
23.图中：100、圆形底座；200、环形安装架；300、结构光投影测量仪；310、高精度cmos；320、大口径受光镜头；330、激光发生器一；340、柱面物镜；400、双目立体视觉成像相机；500、散斑激光发生器；510、壳体；520、激光发生器二；600、转动盘；700、待测物体。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.如图1-4所示，本发明提供一种技术方案：一种高精度激光投影视觉三维测量系统，包括圆形底座100和计算机模块，底座100外壁上端固定安装有环形安装架200，环形安
装架200前侧左右对称固定安装有结构光投影测量仪300，结构光投影测量仪300用于进行结构光测量，结构光投影测量仪300内壁前端右侧固定安装有大口径受光镜头320，结构光投影测量仪300内壁前端左侧固定安装有高精度cmos310，结构光投影测量仪300内壁后端左侧固定安装有激光发生器一330，结构光投影测量仪300内壁后端且位于激光发生器一330右侧固定安装有柱面物镜340，环形安装架200左右两侧和后侧均固定安装有双目立体视觉成像相机400，环形安装架200外壁上端且位于三个双目立体视觉成像相机400之间固定安装有散斑激光发生器500，散斑激光发生器500包括壳体510，壳体510外壁左侧固定安装有激光发生器二520，壳体510内部固定安装有磨砂玻璃530，圆形底座100外壁上方固定安装有转动盘600，转动盘600上方放置有待测物体700。
26.进一步的，激光发生器一330能够通过柱面物镜340将点光源转化为线光源，激光发生器二520能够通过磨砂玻璃530产生均匀的激光散斑。
27.进一步的，所述转动盘600内部固定安装有转动电机。
28.进一步的，计算机模块信号连接有高动态范围处理模块和双目立体成像模块。
29.进一步的，高动态范围处理模块通过多重曝光法、自适应投影法、偏振片滤光法、光度立体技术和颜色不变形法进行处理。
30.进一步的，双目立体成像模块包括标定方法、原始图像矫正、像素点匹配、计算深度和图像矫正，其中计算深度推导公式为：其中f为双目立体视觉成像相机400的相机焦距，b为左右相机的基线，d为双目立体视觉成像相机的视差，即为双目立体视觉成像相机400中的左相机的每个像素点(xl,yl)和右相机中对应点(xr,yr)的对应关系。
31.进一步的，多重曝光法为调整投影强度和调整投影时间，是通过将不同曝光时间下采集的图像融合成一张图像来避免图像的饱和并且达到较高的信噪比。
32.综上可得，本发明的工作流程：在具体使用时，转动盘600能够带动待测物体700在圆形底座100转动，使得待测物体700能够同时被结构光投影测量仪300和双目立体视觉成像相机400进行测量，激光发生器一330能够通过柱面物镜340将点光源转化为线光源，并通过高动态范围处理模块对具有高反光度的待测物体700进行处理，包括多重曝光法、自适应投影法、偏振片滤光法、光度立体技术和颜色不变形法，多重曝光法为调整投影强度和调整投影时间，是通过将不同曝光时间下采集的图像融合成一张图像来避免图像的饱和并且达到较高的信噪比，双目立体成像模块包括标定方法、原始图像矫正、像素点匹配、计算深度和图像矫正，其中计算深度推导公式为：其中f为双目立体视觉成像相机400的相机焦距，b为左右相机的基线，d为双目立体视觉成像相机的视差，即为双目立体视觉成像相机400中的左相机的每个像素点(xl,yl)和右相机中对应点(xr,yr)的对应关系，同时散斑激光发生器500能够产生均匀的激光散斑，从而形成激光散斑照明环境，使得环形安装架200上的双目立体视觉成像相机400能够更好的捕捉待测物体700的表面特征，减少双目立体视觉成像相机400拍摄时的失真和畸变。
33.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖
非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
34.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。