一种用于三维重构的视觉光源的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及机器视觉领域，尤其涉及一种用于三维重构的视觉光源，包括从上到下设置的顶层基板、中层基板和底层基板，顶层基板上设置有红色LED和非红色的顶层激光LED，中层基板上设置有绿色LED和非绿色的中层激光LED，底层基板上设置有蓝色LED和非蓝色的底层激光LED。本实用新型将激光与环形光源相结合，专注于三维重构的视觉光源，在三维重构算法中利用了激光LED的位置及角度信息。本实用新型结构简单，成本低廉，用于单相机拍摄单张图像的三维重构，操作方便，能够重构出高质量高角度的三维图像。
【专利说明】 一种用于三维重构的视觉光源
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及机器视觉领域，尤其涉及一种用于三维重构的视觉光源。
【背景技术】
[0002]目前从实际物体还原三维形貌的方法分为接触式和非接触式，主要有机械式，电磁式，声学式和光学式等。从成本和测量精度等综合因素考虑，光学式因其非接触、高精度和高速度获得了广泛的应用。光学式中典型的三维重构方法有:单目立体视觉和多目立体视觉、光度立体视觉、聚焦深度重构等。由于相机、镜头、光源等组成的光学检测系统受物体表面反射特性、遮挡等问题的影响，为了提高精度，不仅需要合理的图像采集系统，还需要简单快捷高效的三维重构光源。现有的单目视觉三维重构精度不高，无法得到良好的三维重构效果。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的在于提供一种用于三维重构的视觉光源，以解决现有技术存在的问题。
[0004]为了实现上述的目的，采用如下的技术方案:一种用于三维重构的视觉光源，包括从上到下设置的顶层基板、中层基板和底层基板，顶层基板上设置有红色LED和非红色的顶层激光LED，中层基板上设置有绿色LED和非绿色的中层激光LED，底层基板上设置有蓝色LED和非蓝色的底层激光LED。采用激光LED测量被测物体激光照射部分的高度，由激光照射的点的高度值及被测物体表面的灰度值变化，运用插值算法计算出整个被测物体的高度值。本方法采用由点及面的方式计算高度值，利用激光测距的高精度特性和灰度值插值算法的高效性，可以快速高精度的获取被测物体的高度值。
[0005]上述方案中所述顶层激光LED为蓝色激光LED，便于在红色LED照射的区域定位激光照射的位置。
[0006]上述方案中所述中层激光LED为红色激光LED，便于在绿色LED照射的区域定位激光照射的位置。
[0007]上述方案中所述底层激光LED为红色激光LED，便于在蓝色LED照射的区域定位激光照射的位置。
[0008]所述红色LED分为三环上下排列，所述顶层激光LED共四颗，均匀分布于红色LED第一环中，照射在被测物体上形成四个顶层光斑。红色LED根据半光强角及视场大小分为三环上下排列，不仅有利于散热及节约成本，而且能有效的均匀的覆盖整个视场。顶层激光LED分别从四个方向照射被测物体，四个顶层光斑在同一个圆上。上述结构可防止利用灰度值插值算法高度值的失真，保证计算高度的准确性。红色LED用于反映被测物体的平坦区域，顶层激光LED用于测量被测物体激光照射部分的高度，由此高度和红色LED照射被测物体平坦区域的灰度值变化插值计算出被测物体平坦区域的所有高度。
[0009]所述绿色LED分为四环上下排列，所述中层激光LED共四颗，均匀分布于绿色LED第二环中，照射在被测物体上形成四个中层光斑，与顶层光斑成30°夹角。绿色LED根据半光强角及视场大小分为四环上下排列，不仅有利于散热及节约成本，而且能有效的均匀的覆盖整个视场。中层激光LED分别从四个方向照射被测物体，四个中层光斑在同一个圆上，中层光斑位置与顶层光斑位置成30°夹角。上述结构可防止利用灰度值插值算法高度值的失真，保证计算高度的准确性。绿色LED用于反映被测物体在平坦区域和最陡峭区域之间的过渡区域，中层激光LED用于测量被测物体激光照射部分的高度，由此高度和绿色LED照射被测物体过渡区域的灰度值变化插值计算出被测物体在过渡区域的所有高度。
[0010]所述蓝色LED分为四环上下排列，所述底层激光LED共四颗，均匀分布于蓝色LED第二环中，照射在被测物体上形成四个底层光斑，与中层光斑成30°夹角。蓝色LED根据半光强角及视场大小分为四环上下排列，不仅有利于散热及节约成本，而且能有效的均匀的覆盖整个视场。底层激光LED分别从四个方向照射被测物体，四个底层光斑在同一个圆上。底层光斑位置与中层光斑位置成30°夹角。上述结构可防止利用灰度值插值算法高度值的失真，保证计算高度的准确性。蓝色LED用于反映被测物体最陡峭区域，底层激光LED用于测量被测物体激光照射部分的高度，由此高度和蓝色LED照射被测物体最陡峭区域的灰度值变化插值计算出被测物体在最陡峭区域的所有高度。
[0011 ] 本实用新型还包括顶层外壳、中层外壳和底层外壳，顶层基板设置在顶层外壳内，中层基板设置在中层外壳内，底层基板设置在底层外壳内。外壳用于封装基板和LED,并将基板固定在某个需要的角度。
[0012]所述顶层外壳顶部还设置有顶部封盖，顶部封盖用于封闭顶部，并设置螺丝孔与其他设备连接。
[0013]与现有技术相比，本实用新型将激光与环形光源相结合，专注于三维重构的视觉光源，在三维重构算法中利用了激光LED的位置及角度信息。本实用新型结构简单，成本低廉，用于单相机拍摄单张图像的三维重构，操作方便，能够重构出高质量高角度的三维图像。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的侧面剖视图；
[0015]图2为本实用新型的仰视图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的描述。
[0017]本实用新型的结构如图1和图2所示。本实用新型包括从上到下依次连接的顶层外壳9、中层外壳5和底层外壳I。顶层外壳9内设置有顶层基板10,顶层基板10上设置有红色LEDll和顶层激光LED12。中层外壳5内设置有中层基板6，中层基板6上设置有绿色LED7和中层激光LED8。底层外壳I内设置有底层基板2，底层基板2上设置有蓝色LED3和底层激光LED4。顶层激光LED12为蓝色激光LED，中层激光LED8为红色激光LED，底层激光LED4为红色激光LED。顶层外壳9的顶部还设置有顶部封盖13,顶部封盖13用于封闭顶部，并设置螺丝孔与其他设备连接。
[0018]红色LEDll分为三环上下排列，顶层激光LED12共四颗，均匀分布于红色LEDl I第一环中。绿色LED7分为四环上下排列，中层激光LED8共四颗，均匀分布于绿色LED7第二环中。蓝色LED3分为四环上下排列，所述底层激光LED4共四颗，均匀分布于蓝色LED3第二环中。
[0019]实施例用本实用新型对5.9mm高的螺帽进行测量，包括以下步骤:
[0020]1、对整个视觉采集系统进行安装调试，包括本实用新型、螺帽、相机、采集卡等；
[0021]2、调整物距为300mm，本实用新型底边与平台的距离为15mm，将螺帽置于视场中；
[0022]3、固定本实用新型，记录各LED的高度、角度等位置信息；
[0023]4、打开相机及光源，采集一张图像；
[0024]5、对采集到的图像进行预处理；
[0025]6、采用结合本实用新型的重构算法编制的软件计算高度。
[0026]重复测量步骤对被测螺帽进行五次测量，结果为6.07308、5.9734、5.95245、6.03307,5.99233，相对误差为 2.93%、1.24%,0.89%,2.26%、1.56%。从结果可以看出，采用本实用新型进行测量，误差小，精度高，有助于重构出高质量高角度的三维图像。
【权利要求】
1.一种用于三维重构的视觉光源，其特征在于，包括从上到下设置的顶层基板、中层基板和底层基板，顶层基板上设置有红色LED和非红色的顶层激光LED，中层基板上设置有绿色LED和非绿色的中层激光LED，底层基板上设置有蓝色LED和非蓝色的底层激光LED。
2.根据权利要求1所述的视觉光源，其特征在于，所述顶层激光LED为蓝色激光LED。
3.根据权利要求1所述的视觉光源，其特征在于，所述中层激光LED为红色激光LED。
4.根据权利要求1所述的视觉光源，其特征在于，所述底层激光LED为红色激光LED。
5.根据权利要求1所述的视觉光源，其特征在于，所述红色LED分为三环上下排列，所述顶层激光LED共四颗，均匀分布于红色LED第一环中，照射在被测物体上形成四个顶层光斑。
6.根据权利要求5所述的视觉光源，其特征在于，所述绿色LED分为四环上下排列，所述中层激光LED共四颗，均匀分布于绿色LED第二环中，照射在被测物体上形成四个中层光斑，与顶层光斑成30°夹角。
7.根据权利要求6所述的视觉光源，其特征在于，所述蓝色LED分为四环上下排列，所述底层激光LED共四颗，均匀分布于蓝色LED第二环中，照射在被测物体上形成四个底层光斑，与中层光斑成30°夹角。
8.根据权利要求1所述的视觉光源，其特征在于，还包括顶层外壳、中层外壳和底层外壳，顶层基板设置在顶层外壳内，中层基板设置在中层外壳内，底层基板设置在底层外壳内。
9.根据权利要求8所述的视觉光源，其特征在于，所述顶层外壳顶部还设置有顶部封至JHL ο
【文档编号】G06T17/00GK204115666SQ201420324895
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年6月18日 优先权日:2014年6月18日
【发明者】吴福培, 阳春, 陈练, 靳宏 申请人:汕头大学