[發明專利]一種適用于強反射表面的三維掃描測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201710689618.7
• 申請日: 2017-08-11
• 公開（公告）號: CN107607040B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 馮維;張福民;曲興華
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 12201 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 李麗萍

本發明公開了一種適用于強反射表面的三維掃描測量方法，采用一種基于DMD相機的三維掃描測量裝置，該裝置由數字微鏡器件DMD、CMOS圖像探測器、TIR棱鏡、兩個透鏡組和處理器構成的線性空間不變的DMD相機和數字投影設備DLP4500組成。測量時，首先，采用四步相移法，數字投影設備DLP4500向被測強反射表面依次投射不同相位的正弦光柵圖案；接著，利用DMD相機，實現對入射光線的自適應高動態范圍成像，最終獲得清晰的待測量圖像；最后，利用基于光柵投影的相位法實現對待測量圖像的三維測量。本發明可從根源上解決強反射表面的三維幾何特征測量中因局部過曝光造成的三維點云缺失問題，增強環境適應性。

技術領域

本發明屬于機械測試領域，涉及一種基于結構光的強反射表面三維掃描測量方法，尤其涉及一種基于自適應高動態范圍成像的強反射表面三維掃描測量裝置與方法。

背景技術

結構光三維掃描測量技術以其非接觸、高效率、較高精度和豐富的點云信息等優點已經廣泛應用于先進制造領域，其大量的測量信息正是新型制造模式的基本保障和核心內容，其主要應用于評價產品的制造質量、零件裝配中精確定位等；更進一步地實施于逆向工程，反饋設計質量和輔助設計等。目前，成熟的結構光三維掃描測量技術主要針對漫反射表面的三維幾何特征測量，難以有效地實現對高亮、類鏡面、透明物體以及無規則散射等強反射表面的三維幾何特征測量，其主要原因是強反射表面的局部強反射光易形成高光區域(局部存在鏡面反射導致)，這種高光容易致使相機曝光量飽和，造成因結構光圖像的局部相位信息缺失而導致被測表面特征提取不準確，從而引起測量失效或產生較大的測量誤差。實際上，工業制造中存在著大量的高亮、類鏡面等強反射表面，例如，汽車白車身、擋風玻璃、飛機機體、發動機葉片、拋光模具、電鍍零件、光學元件、集成電路晶片、以及大量的精加工零部件等，其表面均存在全部或局部強反射性質，而它們的三維尺寸、形狀和表面輪廓、表面缺陷等幾何特征往往是這些產品的重要參數，直接與產品質量甚至是致命的缺陷信息等相關聯，因此必須準確獲取。

國內外學者為解決強反射表面的三維幾何特征測量這類問題開展了大量的研究，但現有的技術仍存在一些問題。其中，多角度法有時難以找到合適的角度使得不同視場中高光位置不重疊；偏振法需外加偏振片且測量過程較復雜，會增加測量的復雜度；雙色模型法需要通過空間聚類的方法分離高光與漫反射分支，這也使得這種方法受被測物體表面噪聲的影響很大；條紋反射法適用于純鏡面物體的三維重構，而對混合表面效果不佳；而多次曝光法僅解決了拍攝圖像中高光信息飽和的問題，但未能修正高光帶來的條紋中心偏移現象。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明基于數字微鏡器件(Digital MicromirrorDevice，DMD)具有的調制入射光線空間信息的特性，研制了一套新型的三維掃描測量裝置，并提出基于自適應高動態范圍成像的強反射表面三維掃描測量方法方法，從根源上解決強反射表面的三維幾何特征測量中因局部過曝光造成的三維點云缺失問題，提高三維視覺測量系統的視覺顯現力和測量精度，增強環境適應性。