[發明專利]基于并行四顏色通道的條紋投影三維形貌測量方法及裝置

有效

• 申請號: 201710789405.1
• 申請日: 2017-09-05
• 公開（公告）號: CN107576280B
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 張宗華;王張穎;高楠
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 李濟群;王瑞

本發明公開了一種基于并行四顏色通道的條紋投影三維形貌測量方法及裝置。該裝置包括計算機、可見光投影儀、紅外投影儀、2CCD相機和半透半反鏡；所述計算機分別與可見光投影儀、紅外投影儀、2CCD相機連接；所述可見光投影儀和紅外投影儀位于同一水平面；可見光投影儀和半透半反鏡之間的距離與紅外投影儀和半透半反鏡之間的距離相同；所述半透半反鏡垂直于水平面并且與可見光投影儀和紅外投影儀的光軸均呈45°夾角。該方法將紅、綠、藍三顏色通道的三幅條紋圖像復合為一幅復合彩色圖像，同時投射復合彩色圖像和紅外圖像，2CCD相機同時采集復合彩色和紅外兩幅圖像，減少了投射條紋圖像的數量，實現了單次測量即可得到物體的三維形貌，提高了測量速度。

技術領域

本發明涉及三維立體視覺測量領域，具體是一種基于并行四顏色通道的條紋投影三維形貌測量方法及裝置。

背景技術

隨著工業制造和測量技術的發展，三維形貌測量在工業在線檢測、虛擬現實、文物保護、逆向工程、生物醫學等領域得到廣泛應用。與傳統的技術(采用三坐標測量機恢復物體表面輪廓)相比，光學三維測量具有非接觸、無損性、測量速度快等優點。條紋投影輪廓術以高精度、非掃描、全場測量等優點成為最可靠的技術之一。三維形貌數據是計算物體表面各種屬性信息的核心，快速實現精確測量是提高產品質量的保證。因此，快速獲取被測量物體表面三維形貌數據，對工業制造過程各個環節的質量保障具有重要的理論意義和應用價值。特別是隨著科技進步和國民經濟的發展，先進制造技術領域對生產過程的自動檢測要求越來越嚴格，而三維形貌測量技術必將成為滿足這種巨大需求的手段和媒介。雖然基于條紋投影的光學三維測量技術得到廣泛發展，但是如何同時兼具速度快和精度高仍然是一大挑戰。

傳統基于條紋投影的快速三維測量可以分為兩類：一種是投射單幀圖像來檢測物體的感興趣的研究區域；另外一種是投射多幀相移條紋圖像。盡管第一類測量方法對物體的運動不敏感，測量速度快，但是它的缺點是相位計算依賴空間鄰近點的相位分布，不能恢復不連續的表面。第二種方法根據采集的多個相移條紋圖在同一像素點的強度值來計算相位。和第一種方法相比，這種方法提供更高的相位測量精度和空間分辨率，缺點是投射多幀條紋圖像，提高測量精度的同時，勢必會降低測量速度。Zhang S.and Huang P.S.在“高分辨率實時三維形貌測量”(High-resolution,real-time three dimensional shapemeasurement,Opt.Eng.45,123601,2006)文章中使用改裝的投影機和一個快速三步相移算法，只需要3幅圖像即可得到物體的絕對相位。但是文章中使用的相位展開方法只適用于連續的物體。這使得該系統不能測量非連續、大梯度的物體，并且該測量系統需要改動硬件結構，操作困難，不宜推廣。

綜上所述，上述測量方法或是不能測量非連續物體，或是不能給出良好的測量精度，或是投射的條紋圖像數量多，精度不高，需要改動硬件結構，操作困難，不宜推廣。因此，提供一種硬件結構簡單、算法測量精度高、速度快的基于投射多幀相移條紋圖像的三維形貌測量方法成為現有技術中需要解決的問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種基于并行四顏色通道的條紋投影三維形貌測量方法及裝置。該方法將紅、綠、藍三顏色通道的三幅條紋圖像復合為一幅復合彩色圖像，同時投射復合彩色圖像和紅外圖像，2CCD相機同時采集復合彩色和紅外兩幅圖像，減少了投射條紋圖像的數量，實現了單次測量即可得到物體的三維形貌，提高了測量速度。

本發明解決所述裝置問題的技術方案是，提供一種基于并行四顏色通道的條紋投影三維形貌測量裝置，其特征在于該裝置包括計算機、可見光投影儀、紅外投影儀、2CCD相機和半透半反鏡；所述計算機分別與可見光投影儀、紅外投影儀、2CCD相機連接；

所述可見光投影儀和紅外投影儀位于同一水平面；可見光投影儀和半透半反鏡之間的距離與紅外投影儀和半透半反鏡之間的距離相同；所述半透半反鏡垂直于水平面并且與可見光投影儀和紅外投影儀的光軸均呈45°夾角。