可从多方位对被测物同时投影的三维测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及三维测量技术领域，尤其涉及一种可从多方位对被测物同时投影的三维测量系统。
【背景技术】
[0002]目前采用结构光的3D微测量系统，无论是莫尔条纹或者数字条纹，其条纹均采用相位移动调制，使用正弦波，一个波形移动若干次完成。根据测量范围和精度要求，一般相位移动3次、4次或6次。同时，为解决测量高低变化的被测物时有阴影部位(产生测量盲区)，所有采用结构光的3D微测量系统都会在不同的方位投射条纹光。如左右用2个，前后左右用4个，甚至用8个。
[0003]以下为采用莫尔条纹和数字条纹成像过程举例:
[0004]莫尔条纹是物理地移动光栅(即有蚀刻线的玻璃板)来达到移动正弦波的目的。针对第一个莫尔条纹产生器:第一次成像在O度相位时，光源发光经过光栅衍射形成莫尔条纹，投射到被测物上，然后相机取像；第二次成像在90度相位时，光栅水平机械移动1/4波长距离，如一个正弦波长为32个像素，则使用压电陶磁马达使玻璃板移动8个像素的距离，然后按前述方法成像；第三次及第四次成像分别在180度相位及270度相位，成像过程与前述同理。第二个、第三个及第四个莫尔条纹产生器根据与第一个莫尔条纹产生器相同的方法成像，同时，相机取像。
[0005]数字条纹是由数字条纹产生器产生，如LCOS或DLP (德州仪器公司的数字光处理器)。每个相位的数字条纹已经存入到闪存中，工作时数字条纹从闪存读入工作存储器(RAM)中，然后成像。针对第一个数字条纹产生器:第一次成像在O度相位时，读取闪存中的O度相位数字条纹，并投射数字条纹到被测物上，然后相机取像；第二次成像在90度相位时，读取闪存中的90度的数字条纹图案，并投射数字条纹到被测物上，然后相机取像；第三次成像与第四次成像分别在180度相位及270度相位，成像过程与前述同理。第二个、第三个及第四个数字条纹产生器根据与第一个莫尔条纹产生器相同的方法成像，同时，相机取像。
[0006]由上述成像过程可知，不管是对于莫尔条纹产生器还是数字条纹产生器，其成像过程均为各条纹产生器按顺序进行条纹投影。即前一条纹产生器按相位顺序投影完各相位条纹图像后，后一条纹产生器再按与前一条纹产生器同样的方法进行投影，直到所有条纹产生器投影完毕。这样，完成所有条纹的成像的时间开销是采用单独一个条纹产生器的几倍，大大制约该技术的应用。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种可从多方位对被测物同时投影的三维测量系统，可通过四个LCOS投影机在视场的前后左右四个方位对该视场同时投影相同相位的条纹光，在每个相位只需进行一次取像就可分别得到各LCOS投影机所投影的该相位的条纹图案。本实用新型是这样实现的:
[0008]一种三维测量系统，用于对放置在第一平面上的被测物进行三维测量，包括图像分析及控制系统、相机、第一 LCOS投影机、第二 LCOS投影机、第三LCOS投影机及第四LCOS投影机；
[0009]所述第一 LCOS投影机、第二 LCOS投影机、第三LCOS投影机及第四LCOS投影机相同，被分别配置在所述被测物的前、后、左、右四个方向，且各自的LCOS芯片的发光面与所述第一平面平行且均位于与所述第一平面平行的第二平面上；
[0010]所述图像分析及控制系统用于控制所述第一 LCOS投影机、第二 LCOS投影机、第三LCOS投影机及第四LCOS投影机向所述被测物同时投影同一幅正弦条纹；
[0011 ] 所述第一 LCOS投影机、第二 LCOS投影机、第三LCOS投影机及第四LCOS投影机被配置为所述第一 LCOS投影机及第二 LCOS投影机投影的正弦条纹重合，所述第三LCOS投影机及第四LCOS投影机投影的正弦条纹重合，且与所述第一 LCOS投影机及第二 LCOS投影机投影的正弦条纹垂直交叉重叠；
[0012]所述图像分析及控制系统还用于通过所述相机采集所有正弦条纹的共同重合区域，并从该共同重合区域中分别提取出所述第一 LCOS投影机、第二 LCOS投影机、第三LCOS投影机及第四LCOS投影机投影的正弦条纹。
[0013]进一步地，所述第一 LCOS投影机、第二 LCOS投影机、第三LCOS投影机及第四LCOS投影机的镜头前端均安装有用于聚光的光学透镜组。
[0014]进一步地，所述相机的镜头为远心镜头。
[0015]进一步地，所述第一 LCOS投影机、第二 LCOS投影机、第三LCOS投影机及第四LCOS投影机与所述相机连接，还用于在向所述平面投影相同的正弦条纹的同时，通过同步信号触发所述相机同步对所述被测物曝光，以采集所有正弦条纹的共同重合区域。
[0016]进一步地，所述正弦条纹包括四个相位，分别为O度相位、90度相位、180度相位及270度相位；同一时刻所述第一 LCOS投影机、第二 LCOS投影机、第三LCOS投影机及第四LCOS投影机投影其中的同一个相位的正弦条纹图。
[0017]进一步地，所述LCOS芯片的分辨率为1280*1080。
[0018]进一步地，所述正弦条纹在所述平面形成的图形为矩形的正弦条纹图案。
[0019]与现有技术相比，本实用新型利用四台LCOS投影机从被测物的前、后、左、右四个方向对被测物同时投影同一幅正弦条纹，通过恰当配置四台LCOS投影机使得被测物左右的两台LCOS投影机投影的正弦条纹重合，被测物前后的两台投影机投影的正弦条纹也重合，且与被测物左右的两台LCOS投影机投影的正弦条纹垂直交叉重叠。一次性提取四幅正弦条纹的共同重合区域后，通过四幅正弦条纹之间的重合及正交关系即可将该共同重合区域中的四幅正弦条纹分离，从而大大缩短了三维成像时间，提高了三维测量效率。
【附图说明】
[0020]图1:本实用新型实施例提供的三维测量系统组成结构示意图；
[0021]图2:各LCOS投影机与第一平面I及第二平面2的相对位置关系示意图；
[0022]图3:本实用新型实施例中一 LCOS投影机投影的正弦条纹示意图；
[0023]图4:未控制投射角度时，四幅正弦条纹的共同重合区域重合效果示意图；
[0024]图5:合理控制投射角度时，四幅正弦条纹的共同重合区域重合效果示意图。
【具体实施方式】
[0025]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。
[0026]本实用新型提供的可从多方位对被测物同时投影的三维测量系统用于对放置在第一平面上的被测物进行三维测量。如图1所示，该系统包括图像分析及控制系统9、相机6、第一 LCOS投影机4、第二 LCOS投影机5、第三LCOS投影机(附图未示出)及第四LCOS投影机(附图未示出)。其中，第一 LCOS投影机4、第二 LCOS投影机5、第三LCOS投影机及第四LCOS投影机相同，且被分别配置在被测物7的前、后、左、右四个方向。图1只示出配置在被测物7左右的第一 LCOS投影机4及第二 LCOS投影机5，未示出配置在被测物7前后的第三LCOS投影机及第四LCOS投影机。
[0027]图2示意性示出了各LCOS投影机与第一平面I及第二平面2的相对位置关系，各LCOS投影机的安装方式使得各自的LCOS芯片的发光面与第一平面I平行且均位于与第一平面I平行的第二平面2上。在图2中，第一平面I与第二平面2相互平行，3为四部LCOS投影机中其中一部的LCOS芯片的发光面，该发光面3在第二平面2上，其余3部LCOS投影机的LCOS芯片的发光面(未示出)与发光面3—样，也在第二平面2上。
[0028]图像分析及控制系统9控制第一 LCOS投影机4、第二 LCOS投影机5、第三LCOS投影机及第四LCOS投影机向第一平面I同时投影同一幅正弦条纹8。这里所指的同一幅正弦条纹8是指，各LCOS投影机投影的条纹是相同正弦条纹8的同一相位的条纹，如果各LCOS投影机投影的虽然是相同的正弦条纹8，但相位不同，则不可认为各LCOS投影机投影的是同一幅正弦条纹8。
[0029]本实施例采用的各LCOS投影机的LCOS芯片的分辨率为1280*1080，芯片中各像素间距为0.25微米，填充因子为96 %，像元大小为13.62微米，可产生高清分辨率的正弦条纹8。其产生的正弦条纹8如图3