[發(fā)明專利]一種基于同軸平移散斑投射器的高精度三維成像裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110831782.3
• 申請日: 2021-07-22
• 公開（公告）號: CN113566734B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱江平;程月;呂坤;周佩;張娜;劉波
• 申請（專利權(quán)）人: 四川川大智勝軟件股份有限公司;四川大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01N21/84
• 代理公司: 四川力久律師事務(wù)所 51221
• 代理人: 任曉揚

本發(fā)明涉及光學三維成像領(lǐng)域，具體公開了一種基于同軸平移散斑投射器的高精度三維成像裝置，包括控制模塊、驅(qū)動電路、電機、刻有散斑圖案的鍍鉻玻璃、LED照明光源和由復合透鏡陣列組成的柯勒照明系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的數(shù)字散斑投影技術(shù)相比，本發(fā)明中自動化控制的系統(tǒng)節(jié)省了更換散斑圖案的時間，并根據(jù)實驗確保了圖案不相關(guān)性最大的平移距離參數(shù)，在保證了較高精度的前提下相比于以往的方案更有利于實現(xiàn)三維重建的實時性，實現(xiàn)了一個新型的高速高精度的三維重建系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學三維成像領(lǐng)域，特別涉及一種基于同軸平移散斑投射器的高精度三維成像裝置。

背景技術(shù)

近年來，基于結(jié)構(gòu)光編碼的雙目三維重建技術(shù)被廣泛地應(yīng)用在各個領(lǐng)域?；谄ヅ涞娜S重建技術(shù)存在著對弱紋理區(qū)域容易誤匹配，重建效果差的問題，而主動立體視覺可以通過將精心設(shè)計的圖案對被測物體進行投影、轉(zhuǎn)印等方式豐富或增加被測對象的表面紋理，從而克服匹配歧義性，減小了誤匹配率，可以得到更加精確、可靠的三維重建結(jié)果。結(jié)構(gòu)光編碼的方式多種多樣，其中使用得最為廣泛的是基于正弦條紋編碼的結(jié)構(gòu)光和基于散斑圖案編碼的結(jié)構(gòu)光，采用基于散斑圖案結(jié)構(gòu)光編碼的三維重建方法的基本原理是：在標定好的系統(tǒng)中，將多幀散斑圖案投射至被測物體表面被調(diào)制變形的散斑圖案通過雙目相機進行拍攝，完成畸變矯正和基線校正，利用時空立體匹配相關(guān)算法進行深度信息計算，最終獲得被測物體表面的三維數(shù)據(jù)。

現(xiàn)有的基于散斑結(jié)構(gòu)光編碼的三維重建方法的設(shè)備大多采用數(shù)字投影設(shè)備，具有價格昂貴、體積龐大的特點，不適用于靈活的場景需求。且在多幀投影的實驗場景下無法做到圖案的快速切換，難以滿足實時性的要求。因此無論是站在工業(yè)需求還是商業(yè)需求的角度上，都需要三維重建設(shè)備更加輕便靈活、價格低廉。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于，針對現(xiàn)有三維重建方法的設(shè)備不適用于靈活的場景需求，且在多幀投影的實驗場景下無法做到圖案的快速切換，難以滿足實時性的要求的問題，針對待測物體三維數(shù)據(jù)的采集，構(gòu)造一個依靠電機驅(qū)動進行散斑圖案平移切換的新型散斑投射器，在電機的驅(qū)動下，裝配有散斑模板的機械結(jié)構(gòu)可按照既定的距離進行平移，完成散斑圖案的平移快速切換，其中切換時間≤10ms，提出了一種基于同軸平移散斑投射器的高精度三維成像裝置。采用本發(fā)明中裝置，可根據(jù)實際的研究或生產(chǎn)任務(wù)要求對采集幀數(shù)進行確定，進行高速高精度的三維待測物體重建。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

一種基于同軸平移散斑投射器的高精度三維成像裝置，包括控制模塊（6）、驅(qū)動電路（7）、電機（8）、刻有散斑圖案的鍍鉻玻璃（9）、LED照明光源（11）和由復合透鏡陣列組成的柯勒照明系統(tǒng)（12）；

所述控制模塊（6）輸出電機控制信號到驅(qū)動電路（7），驅(qū)動電路（7）根據(jù)所述電機控制信號通過控制電機（8）使得刻有散斑圖案的鍍鉻玻璃（9）發(fā)生平移；并且所述控制模塊（6）還同時輸出照明控制信號到所述LED照明光源（11），所述LED照明光源（11）發(fā)出光源到所述復合透鏡陣列組成的柯勒照明系統(tǒng)（12）；所述復合透鏡陣列組成的柯勒照明系統(tǒng)（12）對所述光源進行光學放大，并提供無影均勻照明；放大后的光源用于投射到平移中的刻有散斑圖案的鍍鉻玻璃（9）形成散斑投射圖；待測物體接收到散斑投射圖后，形成調(diào)制后的散斑圖。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述控制電機（8）的主軸帶動齒輪齒條傳動部件（19）轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的所述齒輪齒條傳動部件（19）使得刻有散斑圖案的鍍鉻玻璃（9）發(fā)生平移，所述齒輪齒條傳動部件（19）包括驅(qū)動齒輪（27）、傳動齒輪（28）和齒條部件（29），驅(qū)動齒輪（27）和傳動齒輪（28）嚙合，傳動齒輪（28）和齒條部件（29）嚙合。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述刻有散斑圖案的鍍鉻玻璃（9）放置在散斑片安裝支架（30）上，所述散斑片安裝支架（30）外部有齒輪，散斑片安裝支架（30）外部的齒輪與所述齒條部件（29）嚙合，齒條部件（29）帶動散斑片安裝支架移動，從而使得刻有散斑圖案的鍍鉻玻璃（9）平移。