一种结构光测量系统和测量方法与流程

本发明实施例涉及3d成像，尤其涉及一种结构光测量系统和测量方法。

背景技术：

1、随着科技和工业的发展，3d结构光因其测量精度高、高性价比等特点，被广泛应用于工业检测、体积测量等领域。

2、3d结构光包含投射器和红外接收相机，投射器可以向待测物体表面投射带有特征结构的红外光斑图案，红外接收相机可以采集经待测物体表面反射后的红外光斑图案，之后将采集到的红外光斑图案与存储器内存储的已知距离的参考红外光斑图案进行图像匹配，根据同一像素点在两张红外光斑图案上的位置的偏移量，利用三角测量原理得到物体的三维信息。其中，图像匹配的原理一般是在采集到的红外光斑图案上某一像素点邻域区域选择一个子窗口，并在参考红外光斑图案上去找寻与该子窗口最为相似的子窗口作为匹配子图，匹配子图中对应的像素点即为该像素点的匹配点，如此完成整幅图像像素点的匹配。

3、但现有的3d结构光存在的问题有：

4、1)当选择的子窗口区域较小时，参考红外光斑图案中可能会存在多个子窗口与要匹配的子窗口匹配上，导致误匹配，以及造成深度图输出噪点较多和准确性不高的情况；当选择的子窗口区域较大时，子窗口中存在更加丰富的匹配信息，较容易匹配到正确的匹配子图，但如此计算量较大，耗时较长，另外匹配的子窗口较大会导致计算的深度信息比较粗糙，输出的深度图会丢失物体的细节信息以及细节还原能力较差的情况；如此，对于子窗口的区域选择无法兼顾深度测量准确性和细节还原能力；

5、2)易受环境光影响大，当外界环境光较强时，环境光中与投射器波长一致的光在红外接收相机上成像，投射器投射的红外光斑图案淹没在环境光中，3d结构光无法准确识别出投射器投射出来的光斑点，继而无法测量物体准确的深度信息；

6、3)对投射器和红外接收相机的组装定位、散热要求严格(结构设计难度大)，通过比对采集的红外光斑图案与预存的参考红外光斑图案的对应散斑点的偏移量计算深度信息时，当投射器或红外接收相机因为受热、结构应力、外界受压等因素的影响时，也会导致投射器发出的红外光斑图案发生偏移，系统无法有效区分红外光斑图案的偏移是待测物体距离变化引起的还是由于投射器和红外接收相机模组自身受热受力导致变形引起的，进而影响物体深度信息的测量准确度。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种结构光测量系统和测量方法，减少环境光源和组装误差对测量带来的不良影响，兼顾结构光测量系统测量的准确性和细节还原能力。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种结构光测量系统，包括：

3、图案编码投射器，用于依次发射多种不同的红外光斑图；

4、接收器，包括两个红外接收相机，两个所述红外接收相机分别用于同步采集所述红外光斑图，形成多种第一红外光斑图和多种第二红外光斑图，同步采集的一种所述第一红外光斑图和一种所述第二红外光斑图组成一组红外光斑图；

5、数据处理模块，用于以预设子窗口为匹配子窗口，利用多组红外光斑图在所述第二红外光斑图中寻找所述第一红外光斑图中像素的匹配点，获得像素匹配点对，还用于计算所述像素匹配点对之间的偏移量，并根据所述像素匹配点对之间的偏移量，获得深度图。

6、第二方面，本发明实施例还提供了一种结构光测量方法，应用于如第一方面任一项所述的结构光测量系统中，该测量方法包括：

7、依次发射多种不同的红外光斑图；

8、获取多组红外光斑图，每组红外光斑图包括同步采集的一种第一红外光斑图和一种第二红外光斑图，所述第一红外光斑图与所述第二红外光斑图分别由不同的红外接收相机采集获得；

9、以预设子窗口为匹配子窗口，利用多组红外光斑图在所述第二红外光斑图中寻找所述第一红外光斑图中像素的匹配点，获得像素匹配点对；

10、计算所述像素匹配点对之间的偏移量，并根据所述像素匹配点对之间的偏移量，获得深度图。

11、本发明实施例提供了一种结构光测量系统和测量方法，该结构光测量系统包括图案编码投射器，用于依次发射多个不同的红外光斑图；接收器，包括两个红外接收相机，两个红外接收相机分别用于同步采集红外光斑图，形成多个第一红外光斑图和多个第二红外光斑图，同步采集的一个第一红外光斑图和一个第二红外光斑图组成一组红外光斑图；数据处理模块，用于以预设子窗口为匹配子窗口，在多组红外光斑图中的第二红外光斑图中寻找第一红外光斑图中像素的匹配点，获得像素匹配点对，还用于计算像素匹配点对之间的偏移量，并根据像素匹配点对之间的偏移量，获得深度图。本发明实施例对两个红外接收相机同步采集的一组红外光斑图进行分析，减少了环境光源和组装误差对测量带来的不良影响，且采用多组红外光斑图获取像素匹配点对，在较小的匹配子窗口下即能准确找到红外光斑图的像素匹配点对，兼顾了结构光测量系统测量的准确性和细节还原能力。

技术特征：

1.一种结构光测量系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的结构光测量系统，其特征在于，所述图案编码投射器包括红外光源、位置移动装置和红外光斑掩膜版，所述红外光斑掩膜版位于所述红外光源的出射光路上，所述位置移动装置与所述红外光斑掩膜版机械连接；

3.根据权利要求2所述的结构光测量系统，其特征在于，所述图案编码投射器还包括准直镜和投射物镜透镜组，所述准直镜、所述红外光斑掩膜版和所述投射物镜透镜组依次位于所述红外光源的出射光路上。

4.根据权利要求2所述的结构光测量系统，其特征在于，所述位置移动装置包括音圈马达和可移动支架；

5.根据权利要求2所述的结构光测量系统，其特征在于，所述红外光斑掩膜版的移动方向与两个所述红外接收相机的极线的延伸方向不平行；

6.一种结构光测量方法，其特征在于，应用于如权利要求1-5任一项所述的结构光测量系统中，该测量方法包括：

7.根据权利要求6所述的结构光测量方法，其特征在于，以预设子窗口为匹配子窗口，利用多组红外光斑图在所述第二红外光斑图中寻找所述第一红外光斑图中像素的匹配点，获得像素匹配点对，包括：

8.根据权利要求7所述的结构光测量方法，其特征在于，根据各组红外光斑图中各相似的子窗口的相似度，确定最佳相似子窗口，包括：

9.根据权利要求6所述的结构光测量方法，其特征在于，以预设子窗口为匹配子窗口，利用多组红外光斑图在所述第二红外光斑图中寻找所述第一红外光斑图中像素的匹配点，获得像素匹配点对，包括：

10.根据权利要求6所述的结构光测量方法，其特征在于，依次发射多种不同的红外光斑图，包括：

技术总结
本发明实施例公开了一种结构光测量系统和测量方法，该结构光测量系统包括图案编码投射器；接收器；数据处理模块，用于以预设子窗口为匹配子窗口，在多组红外光斑图中的第二红外光斑图中寻找第一红外光斑图中像素的匹配点，获得像素匹配点对，还用于计算像素匹配点对之间的偏移量，并根据像素匹配点对之间的偏移量，获得深度图。本发明实施例对两个红外接收相机同步采集的一组红外光斑图进行分析，减少了环境光源和组装误差对测量带来的不良影响，且采用多组红外光斑图获取像素匹配点对，在较小的匹配子窗口下即能准确找到红外光斑图的像素匹配点对，兼顾了结构光测量系统测量的准确性和细节还原能力。

技术研发人员：李安,陈驰,张莉萍,鲁亚东,徐龙
受保护的技术使用者：深圳市安思疆科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12