[發明專利]工業三維掃描儀的震動檢測方法

在審

• 申請號: 201611013101.8
• 申請日: 2016-11-15
• 公開（公告）號: CN108072333A
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 發明（設計）人: 趙群章;張翔宇;李仁舉;葉成蔚
• 申請（專利權）人: 天遠三維（天津）科技有限公司
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 陳娟

本發明涉及一種工業三維掃描儀的震動檢測方法，⑴進行三維掃描，獲得所需的三組四步相移圖像，對圖像像素進行二維等間隔采樣，具體采樣數量n依相機分辨率而定；⑵計算采樣像素每一組四步相移圖像灰度的累加值并除以2，得到m1，m2和m3，將m1、m2和m3依次與藍光圖像下的該像素點灰度m相減，得到絕對值s1、s2和s3；⑶將所有采樣點的s1、s2和s3分別累加求和并除以采樣數量n，得到圖像整體偏差值p1、p2和p3，與預先設定的震動檢測閾值p比較，如果存在某一偏差值大于預設閾值，則提示用戶本次掃描中存在異常震動，掃描數據出現較大誤差，由用戶決定是否繼續重新進行三維掃描以替換當前誤差較大的三維數據。

技術領域

本發明屬于分析及測量控制領域，涉及工業三維掃描儀，尤其是一種工業三維掃描儀的震動檢測方法。

背景技術

目前光學三維掃描儀已經廣泛應用于工業設計和生產的各個領域，公知的光學三維掃描儀通過投射一系列編碼圖案，實現對目標物體型面的非接觸式測量。但是，在投射一組編碼圖案的掃描過程中，一旦外界環境對三維掃描儀產生震動影響，掃描結果必然會出現較大誤差，因為三維重建的結果是靠所有編碼光之間的數學關系計算得到的，任意一幅光柵圖像的震動都將導致整個掃描范圍內掃描數據的異常。

發明內容

為了避免獲得受到震動影響的異常掃描結果，本發明提供了一種工業三維掃描儀的震動檢測方法，使用該檢測方法的掃描儀不僅能夠獲得被測物的高精度型面數據，還能夠在掃描過程中因震動造成數據誤差時給出提示，避免用戶使用過程中因為某幅掃描數據的誤差較大從而影響整個物體的三維掃描數據誤差。

本發明解決技術問題所采用的技術方案是：

在三維掃描過程中，使用多頻相位外差法進行重建，系統會投射三組不同條紋寬度的正弦光柵圖像，每組四幅圖像進行標準的四步相移，即圖像之間的正弦條紋按照π/2的間隔變化，因此同一像素點在一組四步相移中的灰度可以依次表示為(按照256個灰度級計算)：

R*(128+128*sinθ)+L； (1)

R*(128+128*sin(θ+π/2))+L； (2)

R*(128+128*sin(θ+π))+L； (3)

R*(128+128*sin(θ+3*π/2))+L； (4)

其中R表示圖像從光機投射到相機接收過程中的損耗比例；L表示外界環境光的影響，由于采用藍光掃描且光機亮度較大，L數值極小；θ表示該條紋寬度下此像素點的主相位(0～2π)，通過三組四步相移求出三個不同的θ值，從而獲得像素點的最終相位。在沒有震動干擾情況下，1-4式相加的結果為：

R*(512)+4*L； (5)

而投射整幅藍光時像素點灰度可以表示為：

R*(256)+L； (6)

對比(5)式和(6)式，在忽略數值極小的環境光系數L的情況下，(5)式恰好是(6)式的兩倍，即四步相移圖像灰度累加之和除以2恰好為藍光圖像灰度。

而當掃描過程中發生震動干擾時，例如在投射某一組四步相移的第二幅圖像時發生震動，原(2)式變為：

R*(128+128*sin(θ+δ+π/2))+L； (7)

其中δ為因抖動而產生的光柵相位偏移，此時(1)(7)(3)(4)相加的結果為：

R*(512+127*(cos(θ+δ)-cosθ))+4*L；

在將灰度累加之和除以2后并忽略環境光系數L之后，該累加值與藍光圖像灰度之間仍有R*63.5*(cos(θ+δ)-cosθ)的偏差，本發明通過監控該項灰度偏差，從而實現對掃描過程中抖動的檢測。