[發明專利]基于平面復眼和同軸結構光的三維測量系統及使用方法

有效

• 申請號: 201810163876.6
• 申請日: 2018-02-27
• 公開（公告）號: CN108303040B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 楊旭;陳向成;王玉偉;羅杰;雷宇;王瑜
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張惠玲

本發明公開了一種基于平面復眼和同軸結構光的三維測量系統及使用方法，用于測量被測物體，其裝置包括投影儀、半透半反鏡和平面復眼，所述投影儀中發出的結構光通過半透半反鏡照射在被測物體上，經過被測物體反射后再次經過半透半反鏡后成像在平面復眼中，所述平面復眼與計算機連通。本發明的優點在于：其利用半透半反鏡建立了投影儀和平面復眼間的同軸關系，實現了全視場無陰影測量；利用平面復眼多通道間的約束關系，可實現對結構光圖像的快速準確分析，并對低相位敏感區域進行校正。與傳統方法相比，本發明具有全視場、無陰影、速度快、精度高等特點，在三維測量領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及機器視覺三維測量技術領域，具體涉及一種基于平面復眼和同軸結構光的三維測量系統及使用方法。

背景技術

基于結構光的三維測量方法具有結構簡單、非接觸、測量精度高、速度快等優點，廣泛應用于智能制造、工業檢測、生物醫學等領域。但是當測量復雜面型時，傳統結構光測量方法很容易產生陰影，測量存在盲區。同軸結構光測量方法能夠很好地避免了測量盲區，但是光軸附近的相位敏感度較低，測量精度不高，同時測量速度也是限制其應用的主要因素。上述方法受到自身固有特性的影響，視場、速度與精度仍存在局限性。因此，全視場無盲區、快速準確的三維測量方法具有廣闊應用前景。

發明內容

本發明提供一種基于平面復眼和同軸結構光的三維測量系統及使用方法，其完善了現有檢測手段的一些不足和局限性，實現全視場無盲區、快速準確的三維測量。

為實現上述目的，本發明所涉及的一種基于平面復眼和同軸結構光的三維測量系統及使用方法，用于測量被測物體，其裝置包括投影儀、半透半反鏡和平面復眼，所述投影儀中發出的結構光通過半透半反鏡照射在被測物體上，經過被測物體反射后再次經過半透半反鏡后成像在平面復眼中，所述平面復眼與計算機連通。

進一步地，所述平面復眼的一側設有多個微透鏡，所述平面復眼的另一側設有圖像傳感器，所述被測物體反射后的結構光通過半透半反鏡、微透鏡后照射在圖像傳感器上，所述圖像傳感器將所呈圖像傳輸至計算機中。

進一步地，所述平面復眼內還設有多個孔徑光闌，所述結構光依次通過微透鏡和孔徑光闌后照射在圖像傳感器上。其三者所在平面相互平行，為了保證平面復眼的成像范圍內無盲區，相鄰通道間的視場相互重疊，但其對應的成像區域相互獨立。利用平面復眼多通道間的約束關系，可實現對結構光圖像的快速準確分析；利用多通道間重疊視場的冗余信息，對低相位敏感區域進行校正。

更進一步地，所述投影儀水平布置，所述半透半反鏡與水平面夾角為45°，所述平面復眼垂直布置在半透半反鏡正上方，所述被測物體垂直布置在半透半反鏡正下方。

一種基于平面復眼和同軸結構光的三維測量系統的使用方法，包括如下步驟：

步驟1：投影儀發出結構光首先通過半透半反鏡的折射作用，照射在被測物體表面；

步驟2：結構光在被測物體表面反射后，再次通過半透半反鏡，成像在平面復眼上，并將結構光圖像傳輸至計算機；

步驟3：計算機分析處理結構光圖像，恢復出結構光圖像的絕對相位分布，并根據三角關系計算出被測物體的三維輪廓。

作為優選項，所述步驟3中，所述被測物體的三維輪廓的計算方法為：

通過構建同軸光系統的投影與成像光路，根據光線追蹤原理，對于一定的三維分布，分析被測物體表面的成像相位分布公式為：

其中，為相位分布， Z_x,y為三維信息，T為投影條紋周期，代表系統的焦距等光學參數。