可從多方位對被測物同時投影的三維測量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及三維測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可從多方位對被測物同時投影的三維測量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前采用結(jié)構(gòu)光的3D微測量系統(tǒng)，無論是莫爾條紋或者數(shù)字條紋，其條紋均采用相位移動調(diào)制，使用正弦波，一個波形移動若干次完成。根據(jù)測量范圍和精度要求，一般相位移動3次、4次或6次。同時，為解決測量高低變化的被測物時有陰影部位(產(chǎn)生測量盲區(qū))，所有采用結(jié)構(gòu)光的3D微測量系統(tǒng)都會在不同的方位投射條紋光。如左右用2個，前后左右用4個，甚至用8個。
[0003]以下為采用莫爾條紋和數(shù)字條紋成像過程舉例:
[0004]莫爾條紋是物理地移動光柵(即有蝕刻線的玻璃板)來達到移動正弦波的目的。針對第一個莫爾條紋產(chǎn)生器:第一次成像在O度相位時，光源發(fā)光經(jīng)過光柵衍射形成莫爾條紋，投射到被測物上，然后相機取像；第二次成像在90度相位時，光柵水平機械移動1/4波長距離，如一個正弦波長為32個像素，則使用壓電陶磁馬達使玻璃板移動8個像素的距離，然后按前述方法成像；第三次及第四次成像分別在180度相位及270度相位，成像過程與前述同理。第二個、第三個及第四個莫爾條紋產(chǎn)生器根據(jù)與第一個莫爾條紋產(chǎn)生器相同的方法成像，同時，相機取像。
[0005]數(shù)字條紋是由數(shù)字條紋產(chǎn)生器產(chǎn)生，如LCOS或DLP (德州儀器公司的數(shù)字光處理器)。每個相位的數(shù)字條紋已經(jīng)存入到閃存中，工作時數(shù)字條紋從閃存讀入工作存儲器(RAM)中，然后成像。針對第一個數(shù)字條紋產(chǎn)生器:第一次成像在O度相位時，讀取閃存中的O度相位數(shù)字條紋，并投射數(shù)字條紋到被測物上，然后相機取像；第二次成像在90度相位時，讀取閃存中的90度的數(shù)字條紋圖案，并投射數(shù)字條紋到被測物上，然后相機取像；第三次成像與第四次成像分別在180度相位及270度相位，成像過程與前述同理。第二個、第三個及第四個數(shù)字條紋產(chǎn)生器根據(jù)與第一個莫爾條紋產(chǎn)生器相同的方法成像，同時，相機取像。
[0006]由上述成像過程可知，不管是對于莫爾條紋產(chǎn)生器還是數(shù)字條紋產(chǎn)生器，其成像過程均為各條紋產(chǎn)生器按順序進行條紋投影。即前一條紋產(chǎn)生器按相位順序投影完各相位條紋圖像后，后一條紋產(chǎn)生器再按與前一條紋產(chǎn)生器同樣的方法進行投影，直到所有條紋產(chǎn)生器投影完畢。這樣，完成所有條紋的成像的時間開銷是采用單獨一個條紋產(chǎn)生器的幾倍，大大制約該技術(shù)的應(yīng)用。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種可從多方位對被測物同時投影的三維測量系統(tǒng)，可通過四個LCOS投影機在視場的前后左右四個方位對該視場同時投影相同相位的條紋光，在每個相位只需進行一次取像就可分別得到各LCOS投影機所投影的該相位的條紋圖案。本實用新型是這樣實現(xiàn)的:
[0008]一種三維測量系統(tǒng)，用于對放置在第一平面上的被測物進行三維測量，包括圖像分析及控制系統(tǒng)、相機、第一 LCOS投影機、第二 LCOS投影機、第三LCOS投影機及第四LCOS投影機；
[0009]所述第一 LCOS投影機、第二 LCOS投影機、第三LCOS投影機及第四LCOS投影機相同，被分別配置在所述被測物的前、后、左、右四個方向，且各自的LCOS芯片的發(fā)光面與所述第一平面平行且均位于與所述第一平面平行的第二平面上；
[0010]所述圖像分析及控制系統(tǒng)用于控制所述第一 LCOS投影機、第二 LCOS投影機、第三LCOS投影機及第四LCOS投影機向所述被測物同時投影同一幅正弦條紋；
[0011 ] 所述第一 LCOS投影機、第二 LCOS投影機、第三LCOS投影機及第四LCOS投影機被配置為所述第一 LCOS投影機及第二 LCOS投影機投影的正弦條紋重合，所述第三LCOS投影機及第四LCOS投影機投影的正弦條紋重合，且與所述第一 LCOS投影機及第二 LCOS投影機投影的正弦條紋垂直交叉重疊；
[0012]所述圖像分析及控制系統(tǒng)還用于通過所述相機采集所有正弦條紋的共同重合區(qū)域，并從該共同重合區(qū)域中分別提取出所述第一 LCOS投影機、第二 LCOS投影機、第三LCOS投影機及第四LCOS投影機投影的正弦條紋。
[0013]進一步地，所述第一 LCOS投影機、第二 LCOS投影機、第三LCOS投影機及第四LCOS投影機的鏡頭前端均安裝有用于聚光的光學(xué)透鏡組。
[0014]進一步地，所述相機的鏡頭為遠心鏡頭。
[0015]進一步地，所述第一 LCOS投影機、第二 LCOS投影機、第三LCOS投影機及第四LCOS投影機與所述相機連接，還用于在向所述平面投影相同的正弦條紋的同時，通過同步信號觸發(fā)所述相機同步對所述被測物曝光，以采集所有正弦條紋的共同重合區(qū)域。
[0016]進一步地，所述正弦條紋包括四個相位，分別為O度相位、90度相位、180度相位及270度相位；同一時刻所述第一 LCOS投影機、第二 LCOS投影機、第三LCOS投影機及第四LCOS投影機投影其中的同一個相位的正弦條紋圖。
[0017]進一步地，所述LCOS芯片的分辨率為1280*1080。
[0018]進一步地，所述正弦條紋在所述平面形成的圖形為矩形的正弦條紋圖案。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型利用四臺LCOS投影機從被測物的前、后、左、右四個方向?qū)Ρ粶y物同時投影同一幅正弦條紋，通過恰當(dāng)配置四臺LCOS投影機使得被測物左右的兩臺LCOS投影機投影的正弦條紋重合，被測物前后的兩臺投影機投影的正弦條紋也重合，且與被測物左右的兩臺LCOS投影機投影的正弦條紋垂直交叉重疊。一次性提取四幅正弦條紋的共同重合區(qū)域后，通過四幅正弦條紋之間的重合及正交關(guān)系即可將該共同重合區(qū)域中的四幅正弦條紋分離，從而大大縮短了三維成像時間，提高了三維測量效率。
【附圖說明】
[0020]圖1:本實用新型實施例提供的三維測量系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2:各LCOS投影機與第一平面I及第二平面2的相對位置關(guān)系示意圖；
[0022]圖3:本實用新型實施例中一 LCOS投影機投影的正弦條紋示意圖；
[0023]圖4:未控制投射角度時，四幅正弦條紋的共同重合區(qū)域重合效果示意圖；
[0024]圖5:合理控制投射角度時，四幅正弦條紋的共同重合區(qū)域重合效果示意圖。
【具體實施方式】
[0025]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。
[0026]本實用新型提供的可從多方位對被測物同時投影的三維測量系統(tǒng)用于對放置在第一平面上的被測物進行三維測量。如圖1所示，該系統(tǒng)包括圖像分析及控制系統(tǒng)9、相機6、第一 LCOS投影機4、第二 LCOS投影機5、第三LCOS投影機(附圖未示出)及第四LCOS投影機(附圖未示出)。其中，第一 LCOS投影機4、第二 LCOS投影機5、第三LCOS投影機及第四LCOS投影機相同，且被分別配置在被測物7的前、后、左、右四個方向。圖1只示出配置在被測物7左右的第一 LCOS投影機4及第二 LCOS投影機5，未示出配置在被測物7前后的第三LCOS投影機及第四LCOS投影機。
[0027]圖2示意性示出了各LCOS投影機與第一平面I及第二平面2的相對位置關(guān)系，各LCOS投影機的安裝方式使得各自的LCOS芯片的發(fā)光面與第一平面I平行且均位于與第一平面I平行的第二平面2上。在圖2中，第一平面I與第二平面2相互平行，3為四部LCOS投影機中其中一部的LCOS芯片的發(fā)光面，該發(fā)光面3在第二平面2上，其余3部LCOS投影機的LCOS芯片的發(fā)光面(未示出)與發(fā)光面3—樣，也在第二平面2上。
[0028]圖像分析及控制系統(tǒng)9控制第一 LCOS投影機4、第二 LCOS投影機5、第三LCOS投影機及第四LCOS投影機向第一平面I同時投影同一幅正弦條紋8。這里所指的同一幅正弦條紋8是指，各LCOS投影機投影的條紋是相同正弦條紋8的同一相位的條紋，如果各LCOS投影機投影的雖然是相同的正弦條紋8，但相位不同，則不可認為各LCOS投影機投影的是同一幅正弦條紋8。
[0029]本實施例采用的各LCOS投影機的LCOS芯片的分辨率為1280*1080，芯片中各像素間距為0.25微米，填充因子為96 %，像元大小為13.62微米，可產(chǎn)生高清分辨率的正弦條紋8。其產(chǎn)生的正弦條紋8如圖3