一种基于分通道测量提取技术的三维测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种基于分通道测量提取技术的三维测量装置，包括：投影仪，用于将彩色三步相移图投射于被测物体；相机，包含X3感光器件，所述相机相对于投影仪投射方向以形成夹角放置，用于拍摄被投射彩色三步相移图的被测物体；计算机，与所述投影仪、所述相机连接，用于对拍摄的图像进行颜色分通道提取以计算出被测物体的三维形貌。该三维测量装置不仅能准确的重构出原物体三维形貌，并且具有所需投影条纹图数量少，测量速度快的特点。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于光电测量领域，具体涉及一种基于分通道测量提取技术的三维测量装置。
技术介绍
形体三维测量技术又称物体三维数字化技术，是指通过三维测量方法和设备，将物体的表面形状转换成离散的几何点坐标数据。其主要应用领域有：航天航空、汽车、摩托车、船舶、模具、家用电器等工业制品的设计、开发及后续的产品质量检测；机器视觉；生物医学；3D建模；虚拟现实和仿真训练；艺术品及考古文物的数字保存及修复；娱乐业中的影视广告和电子游戏所需的三维特效等。形体三维测量技术可分为接触式和非接触式两大类。随着生产的快速发展和产品质量的提高，对形体三维测量技术的需求越来越多，性能要求也越来越高。根据生产的实际需求，非接触式测量以其高速高效、高度自动化和成本低等优点而在生产应用中得到广泛应用。目前，相位测量轮廓术(PMP)是一种应用广泛的非接触式三维测量方法，具有较高的测量速度与测量精度。系统通过摄像机采集投影仪对被测物体投射三步或四步相移的光栅条纹，使用相位解包裹算法，从截断的包裹相位恢复为连续的真实相位，经过定标算法和相位高度映射关系恢复物体的三维形貌。其测量精度能达到毫米级。现今的基于相位测量轮廓术的三维测量系统主要由两部分组成，一是投影仪将计算机产生的光栅投影到物体表面，二是摄像机将经物体高度调制后的变形光栅条纹采回到计算机中，进行解包裹和三维重构后，得到物体的三维形貌。这类三维测量系统因为要拍摄三幅或四幅甚至更多的投影条纹图，导致拍摄时间较长，速度慢。
技术实现思路
为了克服现有的三维测量系统中投影条纹图数量多、单次测量时间长的缺点,本技术提供一种基于分通道测量提取技术的三维测量装置。该三维测量装置不仅能准确的重构出原物体三维形貌，并且具有所需投影条纹图数量少，测量速度快的特点。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于分通道测量提取技术的三维测量装置，包括：投影仪，用于将彩色三步相移图投射于被测物体；相机，包含X3感光器件，所述相机相对于投影仪投射方向以形成夹角放置，用于拍摄被投射彩色三步相移图的被测物体；计算机，与所述投影仪、所述相机连接，用于对拍摄的图像进行颜色分通道提取以计算出被测物体的三维形貌。进一步的，所述相机相对于投影仪投射方向以一定夹角放置，且置于无光的暗室中。进一步的，所述投影仪采用数字光投影仪DLP。本技术的一种基于分通道测量提取技术的三维测量装置有益效果是：由于每个像素提供完整的三原色信息，把色彩信号组合成图像文件的过程简单很多，降低了对图像处理的计算要求，该三维测量装置不仅能准确的重构出原物体三维形貌，并且具有所需投影条纹图少、测量速度快的特点。附图说明图1是本技术的基于分通道测量提取技术的三维测量装置的整体结构示意图；图2是本技术的三维测量装置的使用示意图；图3是X3感光器件以及与传统CCD/CMOS感光器件的基本原理对比示意图；图4是图1所示的三维测量装置的各部件连接关系及各部件主要功能的示意框图。上述图中，1是X3感光器件的相机，2是数字光投影仪DLP，3是底座，4是三脚架，5是计算机，6是被测物体，7是白色的标准平板。具体实施方式如图1，本技术的一种基于分通道测量提取技术的三维测量装置，包括一台采用每个像素提供三原色的图像感光技术的相机1、用于将预定图案投射于被测物体的投影仪2和用于对拍摄的图像进行颜色分通道提取以计算出被测物体的三维形貌的计算机3。在本实施例之中，相机1的型号是SIGMASD1Merrill，相机的分辨率为4704×3136×3，像面尺寸为23.7×15.7(mm)，感光器件为FoveonX3CMOS；投影仪的型号是BenQEP7230，分辨率为1024×768。如图2，使用者可以先将底座3、相机1和投影仪2固定于三脚架4上，然后把三脚架4支起，置于一无光的暗室中，被测物体6则放置在投影仪的投影方向处，并放置白色的标准平板7，方便放置物体。连接好计算机5与相机1、投影仪2之间的数据传输线路和控制线路，调整被测物体6与投影仪2的距离，使被测物体大致位于投影仪2投射方向上的焦点位置。启动计算机5的控制程序使得投影仪2向被测物体投射彩色三步相移图，并使得相机1实时采集被投影后的被测物体图像。完成采集后，将采集的图像输入到配套的计算机程序之中，用于计算得到最终的三维重构图像。计算机程序主要包括根据三步相移算法获得包裹相位，后通过解包裹算法后获得绝对相位，并根据事先标定的高度相位映射表重构出物体的三维形貌。如图3，采用X3技术的感光器件有特殊的三层构造特性，在每个像素上可摄取红、绿、蓝光，通过分通道测量，得到红、绿、蓝三通道准确的灰度值，能量利用率达到100％；而传统感光器件在感光元件上通过彩色过滤器只让某一波长的光线通过，故每个像素只能摄取单一颜色，且只能摄取50％的绿色，25％的红色和蓝色，能量利用率偏低。相机1相比普通的采用传统CCD/CMOS感光器件的相机能获取更加准确的测量值；最后，通过使用分通道提取技术，能提取出各通道所对应的条纹灰度值图像。如图4，三脚架4和底座3用来固定好相机1和投影仪2，并方便装置的移动；投影仪2用来投射计算机产生的彩色三步相移图，该彩色三步相移图的具体形成过程如下：将设置一定频率的余弦条纹经过两次移动，每次移动步长2π/3，具体如下面公式所示：式中，A是平均灰度值，B是调制灰度值，Φ(x，y)为包裹相位，Ii(x，y)(i＝1，2，3)表示各步相移中各点处的总灰度值。并将三幅三步相移图依次输入图像的红色通道、绿色通道和蓝色通道中，使之结合成一幅包含着三步相移信息的彩色图片。在使用生成的彩色图片对待测物体投影后，并由计算机5控制，保证投射的同时，相机1工作，实时采集到含有包裹相位的被测物体的二维图像，并将图像传输到计算机5，计算机5使用颜色通道分离技术分离三组颜色通道的图像，获得每一组颜色通道对应的条纹灰度值。其中，红色通道获取相移量为-2π/3的条纹，绿色通道获取相移量为0的相移条纹，而蓝色通道则获取相移量为2π/3的相移条纹，并根据下式获得包裹相位:使用三步相移技术获得包裹相位后，进行解包裹运算，并根据事先标定的高度相位映射表，实现完整的三维重构过程。在测量运动物体的三维形貌时，投影仪保持投影彩色三步相移图不变，设置相机1采集图像频率，并将相机1拍摄图片实时传输至计算机5，计算机5使用上述静态测量方法进行三维重构处理。将重构后的数据按拍摄时间顺序进行数据拼接，形成连贯的动态测量结果，实现对运动物体的三维形貌测量。关于三维重构处理，可以参考大连理工大学2007年硕士学位论文《基于光栅投影方法的物体三维轮廓重构》，作者为光学工程专业的纪文丽；以及参考申请号为01104163.3，名称为《一种基于移相法的数字投影三维轮廓重构方法》的中国专利；以及参考2011年10月《光电技术应用》期刊第26卷第5期，第17页至第20页，标题为《基于数字光栅相移法的三维本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分通道测量提取技术的三维测量装置，其特征在于，包括：投影仪，用于将彩色三步相移图投射于被测物体；相机，包含X3感光器件，所述相机相对于投影仪投射方向以形成夹角放置，用于拍摄被投射彩色三步相移图的被测物体；计算机，与所述投影仪、所述相机连接，用于对拍摄的图像进行颜色分通道提取以计算出被测物体的三维形貌。

【技术特征摘要】
1.一种基于分通道测量提取技术的三维测量装置，其特征在于，包括：投影仪，用于将彩色三步相移图投射于被测物体；相机，包含X3感光器件，所述相机相对于投影仪投射方向以形成夹角放置，用于拍摄被投射彩色三步相移图的被测物体；计算机，与所述投影仪、所述相机连接，用于对拍摄的图像进行颜色分通道提取以计算出被...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘大建，潘麦铭成，王颖，王泽榜，邝知研，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：新型
国别省市：广东;44