图案投射模组、三维信息获取系统、处理装置及测量方法制造方法及图纸

本申请公开了一种用于测量物体尺寸的图案投射模组，其包括相干光源和图案生成器，所述图案生成器包括衍射光学元件并且设置在从所述相干光源向物体传播的照明光的光路中，用于基于所述照明光生成要被投射到物体上的测量用图案，该测量用图案包括至少两条线条，所述线条在测量用图案中相交形成至少一个中央交点。本申请还公开了包括该图案投射模组的三维信息获取系统以及基于所述测量用图案对大致长方体物体进行尺寸测量的三维测量方法和三维信息处理装置。根据本发明专利技术，基于所述测量用图案有助于实现对大致长方体物体的快速、高精度的尺寸测量，而且允许测量装置便携化，降低制造成本。

【技术实现步骤摘要】
图案投射模组、三维信息获取系统、处理装置及测量方法
本专利技术总体上涉及用于物体尺寸测量的三维测量方法和装置，具体涉及用于测量物体尺寸的图案投射模组、用于测量大致长方体物体的尺寸的三维信息获取系统、三维信息处理装置以及用于测量大致长方体物体尺寸的三维测量方法。
技术介绍
物流行业近年来飞速发展，在储存、运输和计费诸多环节中需要物流包裹(通常用纸箱包装)的三维尺寸。传统的手工测量和记录显然不能满足要求。有一些库房采用了工业三维扫描设备。工业三维扫描设备大多使用线结构光扫描技术，精度高，但是需要固定的安装和测量环境，扫描时要求被测物体位置不能移动，而且价格高昂。市面上出现一些可供人们日常使用的三维传感设备，例如微软的Kinect体感传感器。这些设备大多采用红外散斑结构光或TOF(timeofflight)技术，可以构造为便携式的，但是测量误差较大，大约为2～10％的范围，不能准确、稳定地测量包裹三维尺寸，而且成本仍然较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新型的三维测量方案，特别是适用于大致长方形形状的物体(例如物流包裹)尺寸测量的三维测量方案，其至少部分地解决了现有技术中存在的上述问题。根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于测量物体尺寸的图案投射模组，其包括：相干光源；以及图案生成器，所述图案生成器包括衍射光学元件并且设置在从所述相干光源向物体传播的照明光的光路中，用于基于所述照明光生成要被投射到物体上的测量用图案，该测量用图案包括至少两条线条，所述线条在测量用图案中相交形成至少一个中央交点。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种用于测量大致长方体物体的尺寸的三维信息获取系统，所述系统包括：如上所述的图案投射模组，用于向位于目标区域中的物体投射所述测量用图案；以及成像单元，该成像单元包括至少一个相机，用于获取投射有所述测量用图案的、所述物体的图像，所述图案投射模组和所述成像单元相对于彼此具有确定的位置。根据本专利技术的又一个方面，提供了一种用于测量大致长方体物体尺寸的三维测量方法，该方法包括：利用图案投射模组向所述物体投射测量用图案，该测量用图案包括至少两条线条，所述线条在所述测量用图案中相交形成至少一个中央交点，并且所述投射使得所述中央交点被投射在所述物体的顶面上，并使得所述线条被投射在所述顶面和与顶面邻接的第一和第二侧表面上，所述线条与所述顶面的边缘相交形成上边缘交点，并与所述第一和第二侧表面中的至少一者的下边缘相交形成的下边缘交点；利用相对于所述图案投射模组具有确定的相对位置的成像单元，获取其上投射有所述测量用图案的物体的图像，所述图像显示所述物体的所述顶面以及第一侧表面和第二侧表面；确定所述中央交点、上边缘交点和下边缘交点在所述图像中的位置；至少部分地基于所述中央交点和上边缘交点计算所述物体的长度和宽度；以及至少部分地基于所述下边缘交点计算所述物体的高度。根据本专利技术的又一个方面，提供了一种三维信息处理装置，该装置包括：处理器和存储程序指令的存储器，其中当所述程序指令由所述处理器执行时，使得所述处理器执行下列操作：接收物体的图像，其中所述物体大致为长方体形状，其上被投射有测量用图案，该测量用图案包括至少两条线条，所述线条在测量用图案中相交形成至少一个中央交点；处理所述图像以检测被投射在物体顶面上的中央交点以及所述测量用图案中的线条与所述顶面的边缘相交形成上边缘交点以及与第一和第二侧表面中的至少一者的下边缘相交形成的下边缘交点，其中，所述第一和第二侧表面为所述物体的与顶面邻接且彼此邻接的两个侧表面；至少部分地基于所述中央交点和上边缘交点计算所述物体的长度和宽度；以及至少部分地基于所述下边缘交点计算所述物体的高度。通过采用包括至少两条线条且线条相交形成至少一个中央交点的测量用图案，根据本专利技术的模组、系统、方法和装置有助于实现对物体，特别是大致长方体形状物体的快速、高精度尺寸测量。此外，基于上述测量用图案的三维测量装置能够实现便携化，而且制造成本低。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为根据本专利技术实施例的三维信息获取系统的示意性框图；图2为根据本专利技术实施例的图案投射模组的示意性结构图，示出了两种不同的构造方式；图3示意性地示出了根据本专利技术实施例的三维信息获取系统实现为手持式测量设备；图4A和图4B分别示出了根据本专利技术实施例的三维信息获取系统中图案投射模组与成像单元的两种布置方式；图5示意性地示出了根据本专利技术实施例的三维信息获取系统的一个应用例；图6示出了根据本专利技术实施例的三维测量方法的示意性流程图；图7示出了根据本专利技术实施例的图案投射模组投射出的测量用图案的一个示例；图8示意性地示出了其上投射有图7所示测量用图案的物体；图9A、图9B和图9C分别示出了图7所示测量用图案的不同变型；图10示出了根据本专利技术实施例的图案投射模组投射出的测量用图案的另一个示例；图11示意性地示出了其上投射有图10所示测量用图案的物体；图12为示意图，其中标示了通过图像处理计算物体空间方位所利用的物体顶角部分；图13示出了图10所示测量用图案的一种变型；图14示意性地示出了其上投射有图13所示测量用图案的物体；图15和图16分别示出了可用于根据本专利技术实施例的三维测量方法的测量用图案的另外两个示例。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关专利技术，而非对该专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与专利技术相关的部分。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。首先，参照图1至图5介绍根据本专利技术实施例的三维信息获取系统10。图1为三维信息获取系统10的示意性框图。如图1所示，三维信息获取系统10包括图案投射模组11和成像单元12，其中图案投射模组11用于向位于目标区域中的物体投射测量用图案，成像单元12包括至少一个相机(未示出)，用于获取所述目标区域中被投射了测量用图案的物体图像。成像单元12相对于图案投射模组11具有确定的位置关系，这将在下文中参照图4A和图4B更加详细地介绍。图2示意性地示出了图案投射模组11的构造，如图所示，图案投射模组11包括相干光源11a和图案生成器11b。相干光源11a可以为激光器，例如红光激光器。图案生成器11b优选包括衍射光学元件(DOE)，图案生成器11b设置在从相干光源11a向物体传播的照明光的光路中，用于基于照明光生成要被投射到物体上的测量用图案。在根据本专利技术实施例的三维信息获取系统中，图案投射模组的图案生成器所生成的测量用图案包括至少两条线条，所述线条在测量用图案中相交形成至少一个中央交点，这将在下文中参照例如图7、图9、图10、图15和图16更加详细地介绍。本申请中，测量用图案为由图案投射模组11投射出的、在垂直于照明光传播光路的平面上获取的图案。图2的(a)中示出了图案投射模组11的一种示例性构造，其中作为相干光源11a的激光器为垂直腔面发射激光器(VCSEL)，激光器11a的激光发射面正对着图案生成器11b(例如衍射光学元件)布置；在图2的(b)中示出了另本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量物体尺寸的图案投射模组，包括：相干光源；以及图案生成器，所述图案生成器包括衍射光学元件并且设置在从所述相干光源向物体传播的照明光的光路中，用于基于所述照明光生成要被投射到物体上的测量用图案，该测量用图案包括至少两条线条，所述线条在测量用图案中相交形成至少一个中央交点。

【技术特征摘要】
1.一种用于测量物体尺寸的图案投射模组，包括：相干光源；以及图案生成器，所述图案生成器包括衍射光学元件并且设置在从所述相干光源向物体传播的照明光的光路中，用于基于所述照明光生成要被投射到物体上的测量用图案，该测量用图案包括至少两条线条，所述线条在测量用图案中相交形成至少一个中央交点。2.如权利要求1所述的图案投射模组，其中，所述衍射光学元件构造为在沿线条的长度方向上以不小于20°，优选以不小于30°的张角投射所述测量用图案。3.如权利要求1所述的图案投射模组，其中，所述至少两条线条形成的非钝角夹角α满足30°≤α≤90°，优选50°≤α≤70°。4.如权利要求1所述的图案投射模组，其中，所述测量用图案包括在测量用图案的区域内形成至少三个中央交点的多条线条。5.如权利要求4所述的图案投射模组，其中，所述测量用图案包括两组平行线，每组平行线包括两条线条，且两组平行线在测量用图案中形成四个中央交点。6.如权利要求5所述的图案投射模组，其中，所述测量用图案还包括散斑，所述散斑分布在以所述四个中央交点为顶点的菱形区域以外的区域内。7.如权利要求1所述的图案投射模组，其中，所述测量用图案还包括散斑，所述散斑优选呈阵列排布。8.如权利要求1-7中任一项所述的图案投射模组，其中，所述线条中的至少一条线条包括若干个间隔开的线段部分。9.一种用于测量大致长方体物体的尺寸的三维信息获取系统，所述系统包括：如权利要求1-8中任一项所述图案投射模组，用于向位于目标区域中的物体投射所述测量用图案；以及成像单元，包括至少一个相机，用于获取投射有所述测量用图案的、所述物体的图像，所述图案投射模组和所述成像单元相对于彼此具有确定的位置。10.如权利要求9所述的三维信息获取系统，还包括处理单元，所述处理单元接收来自所述成像单元的所述图像，并被配置为执行以下操作：处理所述图像以检测被投射在物体顶面上的中央交点以及所述测量用图案中的线条与所述顶面的边缘相交形成上边缘交点以及与第一和第二侧表面中的至少一者的下边缘相交形成的下边缘交点，其中，所述第一和第二侧表面为所述物体的与顶面邻接且彼此邻接的两个侧表面；至少部分地基于所述中央交点和上边缘交点计算所述物体的长度和宽度；以及至少部分地基于所述下边缘交点计算所述物体的高度。11.如权利要求9或10所述的三维信息获取系统，其中，所述三维信息获取系统被构造为用于测量包装箱尺寸的手持式装置。12.如权利要求11所述的三维信息获取系统，其中，所述图案投射模组通过一安装支架与所述成像单元可拆卸地安装固定。13.如权利要求12所述的三维信息获取系统，其中，所述成像单元和所述处理单元集成在手机、PDA或平板电脑内。14.如权利要求9或10所述的三维信息获取系统，其中，所述图案投射模组以频闪的方式间歇地投射所述测量用图案，并且所述成像单元获取所述物体的投射有所述测量用图案的图像和未投射有所述测量图案的图像。15.一种用于测量大致长方体物体尺寸的三维测量方法，包括：利用图案投射模组向所述物体投射测量用图案，该测量用图案包括至少两条线条，所述线条在所述测量用图案中相交形成至少一个中央交点，并且所述投射使得所述中央交点被投射在所述物体的顶面上，并使得所述线条被投射在所述顶面和与顶面邻接的第一和第二侧表面上，所述线条与所述顶面的边缘相交形成上边缘交点，并与所述第一和第二侧表面中的至少一者的下边缘相交形成的下边缘交点；利用相对于所述图案投射模组具有确定的相对位置的成像单元，获取其上投射有所述测量用图案的物体的图...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱庆峰，苑京立，田克汉，尹晓东，张国伟，
申请(专利权)人：北京驭光科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11