[實用新型]一種用于結構光三維測量的投影裝置

有效

• 申請號: 201120257699.1
• 申請日: 2011-07-20
• 公開（公告）號: CN202204482U
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 于曉洋;王洋;于雙;吳海濱;于舒春;陳德運
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域

本實用新型涉及三維測量領域，具體涉及一種用于結構光三維測量的投影裝置。

(二)背景技術

數量眾多的光學非接觸三維信息獲取技術被廣泛的應用于現代工農業生產過程中，其中結構光技術由于其主動測量原理，采樣密度可調，測量精度高等優點被廣泛應用于逆向工程、考古、醫學、服飾、人體測量等需要恢復物體的三維形狀的領域中。結構光技術是利用普通或者激光作為光源，將已知的圖案投射到被測物的表面，根據通過成像裝置從另一角度獲取的圖像，利用三角原理獲得采樣點的三維信息。結構光投影裝置作為一個核心器件對測量結果與精度起著至關重要的作用。

目前，常用的光柵投影裝置主要有幻燈投影儀與液晶投影儀。液晶投影儀中的光柵是利用計算機編程方法生成各種各樣的投影條紋，此光柵具有較好的對齊性、較低的成本、但不能投影具有連續光強分布的條紋，對比度較低，對環境光比較敏感。幻燈投影儀采用膠片和一個光源來完成投射，這種方法大多采用泰伯效應投影光柵，但不能隨時改變光柵的周期及相位，無法實現自適應投影，無法保證光柵的精確排列。現有光柵器件之間的切換通過精密位移機器實現，對位移精度要求很高，另外光柵器件受其自身材質影響，在強光下容易發生形變等，并且光柵在使用時靈活性差，因此，其應用受到很大的限制。目前已白光源及光柵器件所構成的投影裝置中，雖然可以解決投射的強度不連續等問題，但大多采用編碼(如格雷碼、二進制編碼等)的方法來完成相位展開，這種方法所獲得的數據精度同編碼位數有很大關系，當編碼條紋過寬時，精度不高，并且由于物體邊緣處的編碼缺失而無法展開相位值。同時為采集不同帶有結構光條紋的影像圖片，現有技術采用更換不同相移光柵片實現。現有技術的缺點是，測量速度慢，使用不方便。

(三)發明內容

本實用新型的目的在于提供一種可準確將每幅光柵送入三維測量系統中拍攝區，提高三維測量速度慢，使用方便，能夠滿足基于格雷碼和相移法三維測量需要的用于結構光三維測量的投影裝置。

本實用新型的目的是這樣實現的：它包括機架1、鹵素冷光源2、光源供電系統3、光源準直光學系統4、照明系統固定裝置5、振幅型透射光柵6、光柵投影光學系統7、光柵投影光學系統固定裝置8、光柵固定裝置9、光柵移動裝置10、步進電機11和步進電機控制系統21，光源供電系統3通過導線與鹵素冷光源2連接，鹵素冷光源2與光源準直光學系統4通過照明系統固定裝置5與機架1相連接，鹵素冷光源2安裝在光源準直光學系統4的物方焦點處，振幅型透射光柵6通過光柵固定裝置9固定在光柵移動裝置10上，光柵投影光學系統7通過光柵投影光學系統固定裝置8固定在機架1上，步進電機11通過導線與步進電機控制系統21連接。

本實用新型還有這樣一些技術特征：

1、所述的光柵移動裝置10包括齒條13、斜齒輪14、斜齒輪固定裝置15、壓板16、銷緊機構17、回位彈簧組成18、光柵移動裝置固定支撐19和回位彈簧固定端20，步進電機11通過斜齒輪固定裝置15與斜齒輪14連接，斜齒輪14與齒條13嚙合組成齒輪齒條機構，回位彈簧固定端20設置在齒條13一端，并將回位彈簧18與齒條13連接，回位彈簧18的另一端通過光柵移動裝置固定支撐19與壓板16連接固定于機架1上，銷緊裝置17固定在齒條13上；

2、所述的步進電機11固定在步進電機安裝架12上，步進電機安裝架12與機架1固定連接；

3、所述的振幅型透射光柵6包括16幅尺寸相同的光柵。

本實用新型振幅型透射光柵6是由采用在石英光學基板上金屬鍍層刻蝕的振幅型透射光柵，一共由16幅尺寸相同的光柵組成，第一幅光柵特征是在白光石英光學基板上刻蝕的十字線，用于投射源的對準及光柵投影系統的焦距調整；第二幅是為了光強歸一化的用的全白光透射的石英光學基板；第三幅到第十幅光柵是格黑白相間的按照格雷碼編碼順序的光柵；第十一幅至第十三幅光柵是透射光強呈等邊三角形變化的透射光柵，其中第十一幅中包含115個周期，第十二幅包含94個周期，第十三幅包含80個周期；第十四幅到第十六幅光柵是投射光強呈梯形變化的透射光柵，其中第十四幅中包含115個周期，第十五幅包含94個周期，第十六幅包含80個周期。銷緊裝置17固定在齒條13上，主要用于當不需要回位時銷緊回位彈簧。步進電機11通過導線與步進電機控制系統21，由步進電機控制系統輸出的電流控制步進電機轉動，通過齒輪齒條機構形成光柵移動裝置的水平往復移動。