[實(shí)用新型]一種三維測量系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420243248.6
• 申請(qǐng)日: 2014-05-08
• 公開（公告）號(hào): CN203824531U
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦品樂;王運(yùn)龍;孟賢玉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島三友智控科技有限公司
• 主分類號(hào): G01B11/25
• 分類號(hào): G01B11/25
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及三維測量技術(shù)，具體涉及一種三維測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代軍事科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，武器裝備向精密化、精確化、智能化方向發(fā)展。武器部件更加精密且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)的測量方法已逐漸難以滿足發(fā)展的需要，以光電技術(shù)為基礎(chǔ)的視覺測量方法已被應(yīng)用于實(shí)際的科研工作中。

視覺測量系統(tǒng)最先來源于攝影測量和立體視覺技術(shù)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，攝影測量技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生了視覺測量技術(shù)。立體圖像法或立體視覺測量法，七十年代末Marr創(chuàng)立的視覺計(jì)算機(jī)理論對(duì)立體視覺技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響，隨后，立體視覺技術(shù)得到了迅速發(fā)展并在軍事裝備研制領(lǐng)域中得到了應(yīng)用。

當(dāng)前密集點(diǎn)視覺測量方法中通常基于相位輪廓術(shù)原理，現(xiàn)有的系統(tǒng)采用數(shù)字光柵投影系統(tǒng)產(chǎn)生條紋，其條紋的精密度有些低，從而限制了其測量精度的進(jìn)一步的提高，對(duì)測量物表面材料敏感，同時(shí)需要人工布置標(biāo)志點(diǎn)從而完成三維圖像的拼接。

根據(jù)測量原理，只要承載高度信息的光柵條紋的精密度高于所需的測量精度，其才可能實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)的測量精度。

目前已經(jīng)被軍事科研實(shí)際應(yīng)用的三維測量技術(shù)分為兩類：接觸式測量與非接觸式測量。接觸式一般采用三坐標(biāo)測量機(jī)，目前仍是典型的標(biāo)準(zhǔn)三維測量設(shè)備，但價(jià)格昂貴、速度慢、特別是物體形狀復(fù)雜時(shí)，測頭路徑規(guī)劃不易實(shí)現(xiàn)。由于計(jì)算機(jī)視覺與圖像檢測這一新興學(xué)科的興起和發(fā)展，對(duì)物體面形的三維檢測技術(shù)的研究近年來集中于非接觸的光學(xué)三維測量方面，常用的簡述如下：

基于結(jié)構(gòu)光的三維視覺測量技術(shù)是非接觸式三維測量技術(shù)中最常用的。它是一種依據(jù)攝影測量和三角法測量原理為基礎(chǔ)，既利用圖像作為信息載體又利用可控光源的測量技術(shù)。

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，為了滿足新的需要，發(fā)達(dá)國家的軍用裝備研究單位已將視覺測量技術(shù)運(yùn)用于實(shí)際的研發(fā)工作中，并取得了較好的效果。國內(nèi)一些科研單位及公司也進(jìn)行了相關(guān)方面的研究，并開發(fā)了自己的產(chǎn)品，但在測量精度、抗干擾性及圖像拼接方面尚存在一定的差距。目前其進(jìn)一步發(fā)展的主要障礙在于投射的光柵條紋的精細(xì)度，相位解算方法的準(zhǔn)確性以及其抗干擾能力等方面。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型針對(duì)上述問題，提供一種三維測量系統(tǒng)。

本實(shí)用新型采用技術(shù)方案為：一種三維測量系統(tǒng)，包括：

雙目相機(jī)：其功能為采用二維標(biāo)定靶對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定，得到相機(jī)之間的空間外參數(shù)及兩個(gè)相機(jī)各自的內(nèi)參數(shù)，從而為三維重構(gòu)提供必要的參數(shù)；

光柵干涉投影裝置：用以將光影投射到光柵上產(chǎn)生干涉條紋后投射于被測物；

所述光柵干涉投影裝置包括激光器、第一分光鏡、第二分光鏡、光柵、兩個(gè)透鏡組成的透鏡組、第一棱鏡、第二棱鏡、第一反射鏡及第二反射鏡；激光器通過分光鏡被分為兩路，經(jīng)過光柵后分別經(jīng)過兩個(gè)透鏡投射于第一棱鏡、第二棱鏡后相干涉形成干涉條紋，然后投射到第一反射鏡后，經(jīng)過反射后再投射到第二反射鏡，再次反射后投射到被測的部件上。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)：

1、為了達(dá)到高精度的光學(xué)細(xì)分，設(shè)計(jì)了新的光柵干涉系統(tǒng)。該系統(tǒng)將激光器產(chǎn)生的光束經(jīng)分光鏡后分成了同頻的光波，然后分別經(jīng)過了起偏器后投射到光柵上產(chǎn)生高精度的光學(xué)細(xì)分。這兩路信號(hào)中普遍存在著非正交誤差、不等幅誤差和直流電平漂移誤差，這些誤差的存在嚴(yán)重地影響了測量結(jié)果的精度。為了克服這些誤差，產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉，提出了以Heydemann模型為基礎(chǔ)的誤差修正方法，設(shè)計(jì)了核心的電路補(bǔ)償模塊，對(duì)此三種誤差進(jìn)行了動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了高精度微米級(jí)干涉波，甚至可以產(chǎn)生納米級(jí)光學(xué)細(xì)分。

2、針對(duì)偏振激光干涉系統(tǒng)產(chǎn)生的周期條紋，提出了新的任意周期波解包裹算法。偏振激光干涉系統(tǒng)產(chǎn)出的微米條紋存在周期性，但已經(jīng)完全不同于傳統(tǒng)的簡單正弦波，目前的相位輪廓術(shù)中的解包裹算法都是基于簡單正弦波，通過多頻外差的算法得到相位值。然而為了達(dá)到更高的測量精度及實(shí)現(xiàn)高抗噪性，采用偏振激光干涉系統(tǒng)產(chǎn)生條紋，該條紋不具備簡單正弦波的特性，因此為了實(shí)現(xiàn)同樣的相位解包裹功能，提出了基于傅立葉公式的多級(jí)任意周期波解包裹算法，解決了當(dāng)前受正弦波限制的問題，同時(shí)該算法具有廣闊的適用性。

3、針對(duì)現(xiàn)有的三維圖像拼接方法存在的借助人工標(biāo)志點(diǎn)及運(yùn)算量大的問題，提出了新的三維圖形拼接算法，該算法以虛擬標(biāo)志點(diǎn)為原始點(diǎn)，以方向矢量為搜索要素，有效地提高了搜索的速度與準(zhǔn)確性。該算法不需要傳統(tǒng)的人工貼點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)非接觸的三維圖像拼接。

除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本實(shí)用新型還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照?qǐng)D，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。