线扫描高分辨力立体视觉测量系统与方法技术方案

线扫描高分辨力立体视觉测量系统与方法光学非接触三维测量领域，具体涉及一种利用立体视觉与线扫描放大测量系统联用测量大尺度三维物体形貌、形变、位移等的装置和方法；该装置两个及以上线扫描高分辨力立体视觉单目测量装置组成，每一个线扫描高分辨力立体视觉单目测量装置包括激光照明模块、视觉摄像模块、线扫描放大测量模块；该方法首先将待测物体放置在本装置视场范围及清晰成像范围内；其次，利用线扫描放大测量模块通过摄像模块逐线扫描整个物体；利用视觉三维成像原理对采集到的图片进行处理得到高分辨力的物体三维形貌；本发明专利技术可以显著提高大尺度视觉系统的测量分辨力。

Line Scanning High Resolution Stereo Vision Measurement System and Method

Line-scan high-resolution stereo vision measurement system and method In the field of optical non-contact three-dimensional measurement, a device and method for measuring the topography, deformation and displacement of large-scale three-dimensional objects by combining stereo vision with line-scan magnification measurement system is described in detail. The device consists of two or more line-scan high-resolution stereo vision monocular measuring devices, each line-scan high-resolution. The force stereo vision monocular measurement device includes laser illumination module, visual camera module and line scan magnification measurement module. Firstly, the object to be measured is placed in the field of view and clear imaging range of the device. Secondly, the whole object is scanned by line scan magnification measurement module through the camera module line by line, and the images collected are processed by the principle of three-dimensional visual imaging. The three-dimensional shape of the object with high resolution is obtained, and the measurement resolution of the large-scale vision system can be significantly improved by the present invention.

【技术实现步骤摘要】
线扫描高分辨力立体视觉测量系统与方法
本专利技术属于光学非接触三维测量
，更具体的说涉及一种线扫描高分辨力立体视觉测量系统与方法。
技术介绍
立体视觉是计算机视觉领域的一个重要课题，它的目的在于重构场景的三维几何信息。立体视觉的研究具有重要的应用价值，其应用包括移动机器人的自主导航系统，航空及遥感测量，工业自动化系统等。目前，立体视觉系统的分辨力相对都不高，最先进的立体视觉系统的分辨力一般为万分之一的视场大小，也就是针对大视场(米级)进行测量时，系统的分辨力为毫米级，但是随着科技的发展，高精度、高分辨力测量越来越受重视，导致目前存在的立体视觉系统无法满足日益提高的分辨力要求。
技术实现思路
本专利技术公开了线扫描高分辨力立体视觉测量系统与方法，该系统与方法通过引入线扫描放大测量模块，使得整个系统的等效焦距得到提升，从而提高了整个系统的分辨力，而且线扫描放大测量系统的引入本身可以提高信噪比有利于后续的图像处理(配准、特征点定位等等)并且场镜的视场一般较大可完全匹配摄像物镜因此不需要附加扫描机构即可实现大视场。本专利技术的目的是这样实现的：线扫描高分辨力立体视觉测量系统包括：三维物体和多个线扫描高分辨力立体视觉单目测量装置。线扫描高分辨力立体视觉单目测量装置，包括激光照明模块、视觉摄像模块、线扫描放大测量模块；所述激光照明模块按照照明光传播方向依次为：激光器、PBS、一维振镜、扫描透镜、场镜一、管镜、1/4玻片、柱面镜一、场镜二和摄影镜头。所述视觉摄像模块为：摄影镜头、场镜二、柱面镜一、1/4玻片、管镜、场镜一、扫描透镜、一维振镜、PBS、柱面镜二、狭缝和线阵PMT探测器。所述线扫描放大测量模块按照信号光传播方向依次为：激光器、PBS、一维振镜、扫描透镜、场镜一、管镜、1/4玻片、柱面镜一、场镜二、柱面镜一、1/4玻片、管镜、场镜一、扫描透镜、一维振镜、PBS、柱面镜二、狭缝和线阵PMT探测器；所述激光照明模块、视觉摄像模块、线扫描放大测量模块共用场镜二、柱面镜一、1/4玻片、管镜、场镜一、扫描透镜、一维振镜、PBS；所述激光照明模块、视觉摄像模块还共用摄影镜头；所述激光照明模块、线扫描放大测量模块共用激光器；所述视觉摄像模块、线扫描放大测量模块共用柱面镜二、狭缝和线阵PMT探测器；所述激光照明模块中激光器发出激光，准直后形成平行光，经过PBS反射后再经过一维振镜和扫描透镜后聚焦于场镜一光心位置处，光束经过管镜后形成平行光后经1/4玻片后被柱面镜一聚焦于场镜二主面位置，再经摄影镜头聚焦于三维物体表面形成聚焦线光斑，所述聚焦线光斑照射三维物体表面发出反射光；所述三维物体表面发出的反射光依次经过摄影镜头、场镜二、柱面镜一、1/4玻片、管镜、场镜一、扫描透镜、一维振镜、PBS和柱面镜二、狭缝后被线阵PMT探测器收集。优选的，所述单目测量装置中在摄影镜头后加上了一整套线扫描放大测量系统用来提高整个系统的等效焦距，提高的倍率取决于所选的线扫描放大测量系统，从而提高整个立体视觉系统的分辨力。优选的，所述单目测量装置的成像方式为振镜扫描成像，线扫描放大测量系统中狭缝的引入可以提高收集信号的信噪比。优选的，所述单目测量装置中场镜一和场镜二的引入可以匹配视场从而无需额外的运动扫描机构即可实现全视场成像。优选的，所述单目测量装置为线扫描成像，可以提高扫描成像速度。一种线扫描高分辨力立体视觉测量方法，包括以下步骤：步骤a、根据具体需求选择使用几个线扫描高分辨力立体视觉单目测量装置组成线扫描高分辨力立体视觉测量系统；步骤b、对每一单目测量装置进行单目矫正；步骤c、对整体立体视觉测量系统进行矫正；步骤d、将三维物体放置在清晰成像处并对三维物体进行成像并计算形貌。有益效果：本专利技术通过引入线扫描放大测量模块，使得整个系统的等效焦距和扫描速度得到提升，从而提高了整个系统的分辨力，而且线扫描放大测量系统狭缝的引入可以提高系统的分辨率并且可以提高信噪比有利于后续的图像处理(配准、特征点定位等等)。附图说明图1是本专利技术线扫描高分辨力立体视觉测量系统的单目结构示意图。图1中：1三维物体、2摄影镜头、3场镜二、4柱面镜一、51/4玻片、6管镜、7场镜一、8扫描透镜、9一维振镜、10PBS、11激光器、12柱面镜二、13狭缝和14线阵PMT探测器。图2是本专利技术线扫描高分辨力立体视觉测量系统的结构示意图。图2中：15为线扫描高分辨力立体视觉测量系统的单目转置，1为三维物体。具体实施方式根据本专利技术的具体实施例，提供一种线扫描高分辨力立体视觉测量系统与方法，用以三维物体高分辨力成像。实施例1参阅附图1-2，本专利技术提供了一种线扫描高分辨力立体视觉测量系统，包括三维物体1和至少两个线扫描高分辨力立体视觉单目测量装置15；线扫描高分辨力立体视觉单目测量装置15，包括激光照明模块、视觉摄像模块、线扫描放大测量模块；激光照明模块按照照明光传播方向依次为：激光器11、PBS10、一维振镜9、扫描透镜8、场镜一7、管镜6、1/4玻片5、柱面镜一4、场镜二3和摄影镜头2；视觉摄像模块为：摄影镜头2、场镜二3、柱面镜一4、1/4玻片5、管镜6、场镜一7、扫描透镜8、一维振镜9、PBS10、柱面镜二12、狭缝13和线阵PMT探测器14；线扫描放大测量模块按照信号光传播方向依次为：激光器11、PBS10、一维振镜9、扫描透镜8、场镜一7、管镜6、1/4玻片5、柱面镜一4、场镜二3、柱面镜一4、1/4玻片5、管镜6、场镜一7、扫描透镜8、一维振镜9、PBS10、柱面镜二12、狭缝13和线阵PMT探测器14；激光照明模块、视觉摄像模块、线扫描放大测量模块共用场镜二3、柱面镜一4、1/4玻片5、管镜6、场镜一7、扫描透镜8、一维振镜9、PBS10；激光照明模块、视觉摄像模块还共用摄影镜头2；激光照明模块、线扫描放大测量模块共用激光器11；视觉摄像模块、线扫描放大测量模块共用柱面镜二12、狭缝13和线阵PMT探测器14；激光照明模块中激光器11发出激光，准直后形成平行光，经过PBS反射后再经过一维振镜9和扫描透镜8后聚焦于场镜一7光心位置处，光束经过管镜6后形成平行光后经1/4玻片5后被柱面镜一4聚焦为线光束于场镜二3主面位置，再经摄影镜头2聚焦于三维物体1表面形成聚焦线光斑，所述聚焦线光斑照射三维物体1表面发出反射光；三维物体1表面发出的反射光依次经过摄影镜头2、场镜二3、柱面镜一4、1/4玻片5、管镜6、场镜一7、扫描透镜8、一维振镜9、PBS10和柱面镜二12、狭缝13后被线阵PMT探测器14收集。为了进一步优化上述技术方案，单目测量装置中在摄影镜头后加上了一整套线扫描放大测量系统用来提高整个系统的等效焦距，提高的倍率取决于所选的线扫描放大测量系统，从而提高整个立体视觉系统的分辨力。为了进一步优化上述技术方案，单目测量装置的成像方式为振镜扫描及柱面镜线扫描成像连用，线扫描放大测量模块中狭缝的引入可以提高收集信号的信噪比。为了进一步优化上述技术方案，立单目测量装置中的场镜一和场镜二的引入可以匹配视场从而无需额外的运动扫描机构即可实现全摄像物镜视场成像。为了进一步优化上述技术方案，单目测量装置为线扫描成像，可以提高扫描成像速度。实施例2本专利技术提供了一种线扫描高分辨力立体视觉测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.线扫描高分辨力立体视觉测量系统，其特征在于，包括：三维物体(1)和多个线扫描高分辨力立体视觉单目测量装置(15)；线扫描高分辨力立体视觉单目测量装置(15)，包括激光照明模块、视觉摄像模块、线扫描放大测量模块；所述激光照明模块按照照明光传播方向依次为：激光器(11)、PBS(10)、一维振镜(9)、扫描透镜(8)、场镜一(7)、管镜(6)、1/4玻片(5)、柱面镜一(4)、场镜二(3)和摄影镜头(2)；所述视觉摄像模块为：摄影镜头(2)、场镜二(3)、柱面镜一(4)、1/4玻片(5)、管镜(6)、场镜一(7)、扫描透镜(8)、一维振镜(9)、PBS(10)、柱面镜二(12)、狭缝(13)和线阵PMT探测器(14)；所述线扫描放大测量模块按照信号光传播方向依次为：激光器(11)、PBS(10)、一维振镜(9)、扫描透镜(8)、场镜一(7)、管镜(6)、1/4玻片(5)、柱面镜一(4)、场镜二(3)、柱面镜一(4)、1/4玻片(5)、管镜(6)、场镜一(7)、扫描透镜(8)、一维振镜(9)、PBS(10)、柱面镜二(12)、狭缝(13)和线阵PMT探测器(14)；所述激光照明模块、视觉摄像模块、线扫描放大测量模块共用场镜二(3)、柱面镜一(4)、1/4玻片(5)、管镜(6)、场镜一(7)、扫描透镜(8)、一维振镜(9)、PBS(10)；所述激光照明模块、视觉摄像模块还共用摄影镜头(2)；所述激光照明模块、线扫描放大测量模块共用激光器(11)；所述视觉摄像模块、线扫描放大测量模块共用柱面镜二(12)、狭缝(13)和线阵PMT探测器(14)；所述激光照明模块中激光器(11)发出激光，准直后形成平行光，经过PBS反射后再经过一维振镜(9)和扫描透镜(8)后聚焦于场镜一(7)光心位置处，光束经过管镜(6)后形成平行光后经1/4玻片(5)后被柱面镜一(4)聚焦为线光束于场镜二(3)主面位置，再经摄影镜头(2)聚焦于三维物体(1)表面形成聚焦线光斑，所述聚焦线光斑照射三维物体(1)表面发出反射光；所述三维物体(1)表面发出的反射光依次经过摄影镜头(2)、场镜二(3)、柱面镜一(4)、1/4玻片(5)、管镜(6)、场镜一(7)、扫描透镜(8)、一维振镜(9)、PBS(10)和柱面镜二(12)、狭缝(13)后被线阵PMT探测器(14)收集。...

【技术特征摘要】
1.线扫描高分辨力立体视觉测量系统，其特征在于，包括：三维物体(1)和多个线扫描高分辨力立体视觉单目测量装置(15)；线扫描高分辨力立体视觉单目测量装置(15)，包括激光照明模块、视觉摄像模块、线扫描放大测量模块；所述激光照明模块按照照明光传播方向依次为：激光器(11)、PBS(10)、一维振镜(9)、扫描透镜(8)、场镜一(7)、管镜(6)、1/4玻片(5)、柱面镜一(4)、场镜二(3)和摄影镜头(2)；所述视觉摄像模块为：摄影镜头(2)、场镜二(3)、柱面镜一(4)、1/4玻片(5)、管镜(6)、场镜一(7)、扫描透镜(8)、一维振镜(9)、PBS(10)、柱面镜二(12)、狭缝(13)和线阵PMT探测器(14)；所述线扫描放大测量模块按照信号光传播方向依次为：激光器(11)、PBS(10)、一维振镜(9)、扫描透镜(8)、场镜一(7)、管镜(6)、1/4玻片(5)、柱面镜一(4)、场镜二(3)、柱面镜一(4)、1/4玻片(5)、管镜(6)、场镜一(7)、扫描透镜(8)、一维振镜(9)、PBS(10)、柱面镜二(12)、狭缝(13)和线阵PMT探测器(14)；所述激光照明模块、视觉摄像模块、线扫描放大测量模块共用场镜二(3)、柱面镜一(4)、1/4玻片(5)、管镜(6)、场镜一(7)、扫描透镜(8)、一维振镜(9)、PBS(10)；所述激光照明模块、视觉摄像模块还共用摄影镜头(2)；所述激光照明模块、线扫描放大测量模块共用激光器(11)；所述视觉摄像模块、线扫描放大测量模块共用柱面镜二(12)、狭缝(13)和线阵PMT探测器(14)；所述激光照明模块中激光器(11)发出激光，准直后形成平行光，经过PBS反射后再经过一维振镜(9)和扫描透镜(8)后聚焦于场镜一(7)光心位置处，光束经过管镜(...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俭，李勇，王伟波，赵一轩，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23