[發明專利]一種基于激光MEMS投影的柔性三維輪廓測量方法及裝置

有效

• 申請號: 201611115906.3
• 申請日: 2016-12-07
• 公開（公告）號: CN106595519B
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 郭家玉;劉濤;車玉彩;郭迪;姚東;明向業
• 申請（專利權）人: 西安知象光電科技有限公司
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明公開了一種基于MEMS振鏡投影的柔性三維測量方法該測量方法將攝像機與激光微振鏡投影裝置視場互標定技術和線結構光三維測量技術相結合，首先拍攝被測物體，通過圖像二維特征識別技術初步得到其ROI；根據攝像機與激光微振鏡投影裝置視場互標定技術所標定出的重合視場中，攝像機像素坐標與投影裝置像素坐標的位移及縮放系數，投影裝置投影激光圖案至ROI；左右攝像機拍攝被測物體，分別提取兩圖像中激光圖案的光刀或光點中心、通過雙目立體視覺法求出物體上相應激光圖案處的空間坐標。可通過本方法定點或定線測量所要求點，避免全場測量造成的數據冗余現象。

技術領域：

本發明屬于光學檢測領域，涉及一種三維輪廓的光學檢測方法，特別是一種基于激光MEMS投影的柔性三維輪廓測量方法。

背景技術：

光學三維測量技術飛速發展，因其非接觸、精度高、速度快的優勢，被廣泛應用于工業檢測、醫療健康、數字娛樂等諸多領域。特別是在工業在線檢測領域，目前主要運用干涉測量法，立體視覺測量法，結構光測量法三類光學三維測量方法，其中：

1)干涉法精度達微米級別，對測量環境穩定性要求過高，但工業在線檢測車間現場噪聲難以避免，干擾測量；

2)立體視覺技術系統結構簡單，成本低。但存在著“匹配難”的瓶頸，而且運算量巨大，魯棒性差的缺點；

3)結構光測量法分為點結構光、線結構光及面結構光三類：其中點結構光及線結構光需對零件逐點或逐層掃描，效率低下，不能滿足高速度及實時性要求；面結構光易受物體表面反射干擾，穩定性較低；線結構光測量法，是以一條或多條光線(光刀)圖像來重現物體三維形貌，即從光刀圖像中提取光刀中心位置，然后利用三角測量原理對光刀中心逐點進行求解，來獲得形面三維數據。該技術以其非接觸性、靈敏度高、實時性好、抗干擾能力強、對于金屬等高反表面同樣可以進行測量等優點，然而其缺點在于掃描需要運動機構配合降低了測量效率及精度。

上述的三種測量方法均為全場測量。在工業在線檢測中，部分檢測樣品進行尺寸測量(長度、寬度、平面度等)時，僅需提取零件表面若干點進行數值比對，即全場測量得到物體三維輪廓后，只提取出所規定的若干個點進行尺寸計算(類似于三坐標測量機打點測量)。在這種情況下，全場測量造成了數據冗余，且后期提取規定測量點也增大了算法的難度。

此外，由于工業流水線操作中環境復雜，受環境光、運輸帶顏色和檢測樣品反光特性的影響，測量過程中，背景(CCD所拍攝的圖片非檢測樣品區域)時而擦除不徹底也會產生較大噪聲干擾，

發明內容：

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種基于激光MEMS投影的柔性三維測量方法及裝置。該測量方法將攝像機與激光MEMS投影裝置視場互標定技術和線結構光三維測量技術相結合，首先拍攝被測物體，通過圖像二維特征識別技術初步得到其ROI(region ofinterest，測物體邊緣輪廓、圓孔、臺階等特征區域及人為設定區域))；根據攝像機與激光MEMS投影裝置視場互標定技術所標定出的重合視場中，攝像機像素坐標與投影裝置像素坐標的位移及縮放系數，投影裝置投影激光圖案(由光刀及光點組成)至ROI；左攝像機與右攝像機形成雙目立體視覺系統，拍攝被測物體，分別提取兩圖像中激光圖案的光刀或光點中心、通過雙目立體視覺法求出物體上相應激光圖案處的空間坐標。

該方法的優勢在于：可根據ROI自適應調節測量區域，即實現“柔性”測量。例如電子加工業流水線作業中，電子元件的尺寸檢測僅需檢測若干個影響裝配的位置點，可通過本方法定點或定線測量所要求點，避免全場測量造成的數據冗余現象。

本測量系統可實現“柔性”測量，在于其硬件優勢：采用激光MEMS投影裝置。該投影裝置可編程投影激光圖案，故能“柔性”調節測量區域。

本發明的目的通過以下技術方案解決：