[發(fā)明專(zhuān)利]一種余弦條紋場(chǎng)投射模塊

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811517496.4
• 申請(qǐng)日: 2018-12-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109458954B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭仁軍;岳慧敏;許力;田明睿
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01B11/25
• 分類(lèi)號(hào): G01B11/25
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專(zhuān)利中心 51203
• 代理人: 甘茂

本發(fā)明涉及到3D測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，提供一種余弦條紋場(chǎng)投射模塊，特別適合用于微型化3D測(cè)量設(shè)備中；本發(fā)明采用二值化余弦圖案，避開(kāi)制作透射式余弦光柵中透過(guò)率不準(zhǔn)確的問(wèn)題，同時(shí)大幅度降低制作成本；將四幅滿(mǎn)足90°相移關(guān)系的二值化余弦圖案設(shè)計(jì)于同一底片上，然后通過(guò)投影成像鏡頭和擴(kuò)展鏡頭，配合通道選擇電路，獲得滿(mǎn)足四步相移的四幅余弦條紋場(chǎng)；本發(fā)明結(jié)構(gòu)控制簡(jiǎn)單，尺寸小巧，特別適合要求整機(jī)體積微型化的3D測(cè)量設(shè)備；同時(shí)，基于簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和控制以及低成本的元器件，本發(fā)明投影模塊成本遠(yuǎn)低于可編程投影方式。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到3D測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及到利用余弦條紋結(jié)構(gòu)光的3D測(cè)量技術(shù)，具體為一種余弦條紋場(chǎng)投射模塊。

背景技術(shù)

結(jié)構(gòu)光3D測(cè)量設(shè)備通過(guò)向被測(cè)量目標(biāo)投射結(jié)構(gòu)光，并用相機(jī)拍攝目標(biāo)，通過(guò)處理拍攝的圖片實(shí)現(xiàn)3D測(cè)量；所投射的結(jié)構(gòu)光有多種類(lèi)型，其中余弦條紋光場(chǎng)是最常用的結(jié)構(gòu)光之一。對(duì)于投射余弦條紋光場(chǎng)的情況，四步相移法是常用方法之一，采用四幅同頻但相位依次遞增90°的余弦條紋場(chǎng)照射目標(biāo)，獲得四幅照片，經(jīng)過(guò)處理得到各點(diǎn)的高度值，對(duì)應(yīng)3D測(cè)量結(jié)果。傅里葉變換輪廓術(shù)則是利用單幅條紋場(chǎng)的技術(shù)，僅需要單幅余弦條紋場(chǎng)照射并拍攝圖片，就可以實(shí)現(xiàn)3D測(cè)量，相比四步相移法而言，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于空間頻譜較寬的目標(biāo)，其測(cè)量誤差較大。另外，針對(duì)具體的應(yīng)用，多頻率條紋投射，多步相移等技術(shù)也得以大量應(yīng)用。

余弦條紋場(chǎng)結(jié)構(gòu)光的投射，可以采用透射式余弦光柵底片，背光源照射后通過(guò)投影鏡頭投射，通過(guò)移動(dòng)底片的方式可獲得四步相移照射；對(duì)于結(jié)構(gòu)不復(fù)雜的目標(biāo)，也可以?xún)H投射單幅余弦條紋場(chǎng)，采用傅里葉變換輪廓術(shù)處理；透射式余弦光柵底片方式由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此仍然大量應(yīng)用。隨著顯示技術(shù)的發(fā)展，可編程投影技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，速度快，參數(shù)選擇更加靈活，不僅可以投射余弦條紋場(chǎng)，還可以投射各種其它的結(jié)構(gòu)光。可編程投影技術(shù)所采用的器件成本較高，控制上也相對(duì)復(fù)雜，且由于其條紋實(shí)際上是通過(guò)多個(gè)像素點(diǎn)不同的亮度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而像素點(diǎn)是有一定尺寸限度的，因此被投射的顯示器上條紋圖案的周期不可能太小，對(duì)于需要探測(cè)小面積區(qū)域的情況反而不合適。實(shí)際的應(yīng)用中，很多情況應(yīng)用場(chǎng)景相對(duì)固定，并不要求復(fù)雜的投影，可編程投影的優(yōu)勢(shì)不明顯，相比之下，采用底片的方式，工藝上可以做的更加精細(xì)，因此尺寸可以更小，而成本卻更低；不過(guò)，標(biāo)準(zhǔn)的透射式余弦光柵底片的制作是存在難度的，主要是透過(guò)率很難保證，目前主要的制作方式采用光刻，制作成本較高，同時(shí)，相移的實(shí)現(xiàn)比較麻煩，需要精細(xì)的機(jī)械移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

基于此，本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種余弦條紋場(chǎng)投射模塊。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種余弦條紋場(chǎng)投射模塊，通過(guò)二值化的標(biāo)準(zhǔn)余弦圖案，配合簡(jiǎn)單的選通控制，為3D測(cè)量提供滿(mǎn)足四步相移關(guān)系的余弦條紋照明場(chǎng)，特別適合用于微型化3D測(cè)量設(shè)備中。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的方案為：

一種余弦條紋場(chǎng)投射模塊，包括：背光源、底片、場(chǎng)鏡、投影成像鏡頭、擴(kuò)展鏡頭及通道控制電路；其特征在于，所述底片上設(shè)置有四幅二值化余弦圖案，每幅二值化余弦圖案均水平擺放，四幅二值化余弦圖案從上往下依次按照90°相位差擺放，并且，每幅二值化余弦圖案均進(jìn)行填充、使透過(guò)寬度沿水平方向的變化具備余弦特性；所述擴(kuò)展鏡頭的擴(kuò)展方向與二值化余弦圖案的擺放方向垂直，所述通道控制電路控制背光源選擇照射任意一幅二值化余弦圖案，依次通過(guò)場(chǎng)鏡、投影成像鏡頭、擴(kuò)展鏡頭后形成余弦條紋場(chǎng)。

進(jìn)一步地，所述通道控制電路采用分時(shí)控制，使背光源從上往下依次選擇照射一幅二值化余弦圖案，實(shí)現(xiàn)四步相移。

進(jìn)一步地，所述四幅二值化余弦圖案之間均設(shè)置有隔離，使相鄰?fù)ǖ乐g互不串?dāng)_。

進(jìn)一步地，所述擴(kuò)展鏡頭確保最上層和最下層的兩幅余弦圖案分別投射產(chǎn)生的余弦條紋場(chǎng)之間重疊區(qū)域大于被測(cè)量區(qū)域，進(jìn)而滿(mǎn)足3D測(cè)量的需要。