基于相移法的线性光源光栅投影三维测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于相移法的线性光源光栅投影三维测量系统及方法，系统包括条纹投影模块、驱动模块、图像采集模块、图像处理模块、显示模块以及数据存储与传输模块；方法为：对系统参数标定，获取工业相机的内参矩阵和畸变参数矩阵；驱动模块控制m列LED依次发光照射光栅，生成m幅相移条纹并投影到被测物体表面；采集m幅相移条纹图像；通过畸变参数矩阵对m幅条纹图像进行畸变校正；根据畸变校正后的条纹图像计算视场中被测物体的相位分布；对相位分布进行解包裹操作，获得连续的真实相位分布；计算被测物体在世界坐标系下的三维坐标，生成被测物体的三维点云。本发明专利技术能对小场景下的物体进行三维测量与重建，具有结构简单、体积小、测量精度高等特点。

Three dimensional measurement system and method of linear light source grating projection based on phase shifting method

【技术实现步骤摘要】
基于相移法的线性光源光栅投影三维测量系统及方法
本专利技术属于三维测量领域，特别涉及一种基于相移法的线性光源光栅投影三维测量系统及方法。
技术介绍
近年来，条纹投影三维测量技术因具有非接触、测量速度快、精度高、视场大等特点，已成为光学三维测量领域中的研究热点之一。条纹投影三维测量技术目前主要应用于工业、医学、逆向工程等领域，在一些新兴领域，如人脸识别、AI技术等领域中也展示出了巨大的前景。条纹投影三维测量技术应用于工业中，不仅可以对零件的整体尺寸进行测量，也可以应用于无损检测中，提供视场中缺陷的三维信息，辅助技术人员对器械的缺陷进行评估和判定，避免了传统人工检测时的拆装过程，提高了检测效率。在医学领域，条纹投影三维测量技术可以辅助医生对人体内部结构等进行测量，使得治疗过程更为精准。在机器视觉领域，条纹投影三维测量技术可以获取周围环境的三维信息，用于机器人的导航、识别等。因此，对条纹投影三维测量技术的研究与完善，在现代工业以及实际生活生产中有着重大的意义。在使用条纹投影法进行三维测量时，傅里叶变换法和相移法是使用最为广泛的两种相位分析方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于相移法的线性光源光栅投影三维测量系统，其特征在于，包括条纹投影模块、驱动模块、图像采集模块、图像处理模块、显示模块以及数据存储与传输模块：/n所述图像采集模块与条纹投影模块平行放置；条纹投影模块与驱动模块相连，在驱动模块的驱动下投影相移条纹；图像采集模块与图像处理模块、数据存储与传输模块均相连，图像处理模块与显示模块相连；/n所述条纹投影模块，用于生成相移条纹并将其投影至被测物体表面；/n所述驱动模块，用于控制条纹投影模块投影相移条纹；/n所述图像采集模块，用于采集投影到被测物体表面而产生形变的条纹图像，并将采集到的图像传输至图像处理模块；/n所述图像处理模块，用于对采集到的形变条...

【技术特征摘要】
1.一种基于相移法的线性光源光栅投影三维测量系统，其特征在于，包括条纹投影模块、驱动模块、图像采集模块、图像处理模块、显示模块以及数据存储与传输模块：
所述图像采集模块与条纹投影模块平行放置；条纹投影模块与驱动模块相连，在驱动模块的驱动下投影相移条纹；图像采集模块与图像处理模块、数据存储与传输模块均相连，图像处理模块与显示模块相连；
所述条纹投影模块，用于生成相移条纹并将其投影至被测物体表面；
所述驱动模块，用于控制条纹投影模块投影相移条纹；
所述图像采集模块，用于采集投影到被测物体表面而产生形变的条纹图像，并将采集到的图像传输至图像处理模块；
所述图像处理模块，用于对采集到的形变条纹图像进行三维重建，生成被测物体的三维点云；
所述显示模块，用于显示所述图像处理模块生成的三维点云；
所述数据存储与传输模块，用于存储所述图像采集模块采集到的图像以及图像处理模块获得的被测物体的三维点云，并将上述图像传输给后续处理装置。


2.根据权利要求1所述的基于相移法的线性光源光栅投影三维测量系统，其特征在于，所述条纹投影模块包括Ronchi光栅和LED光源；所述驱动模块包括单片机；所述图像采集模块包括工业相机；所述显示模块包括计算机显示屏。


3.根据权利要求1所述的基于相移法的线性光源光栅投影三维测量系统，其特征在于，所述条纹投影模块中的LED光源与Ronchi光栅平行放置。


4.根据权利要求1所述的基于相移法的线性光源光栅投影三维测量系统，其特征在于，所述条纹投影模块中的LED光源包括m列线性排列的LED，其中每列包括并联的n个LED，m列LED在垂直于光栅刻线的轴线上以某一固定距离排列。


5.根据权利要求1所述的基于相移法的线性光源光栅投影三维测量系统，其特征在于，所述m≥3，n＝10。


6.基于权利要求1至5任意一项所述的基于相移法的线性光源光栅投影三维测量系统的三维测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对系统参数进行标定，获取工业相机的内参矩阵I1和畸变参数矩阵I2；
步骤2、驱动模块控制m列LED依次发光照射Ronchi光栅，生成m幅相移条纹并投影到被测物体表面；
步骤3、采集步骤2中投影到被测物体表面发生形变的m幅相移条纹图像A1、A2、…、Am；
步骤4、通过步骤1中获得的畸变参数矩阵I2对步骤3中采集到的m幅条纹图像均进行畸变校正，获得畸变校正后的条纹图像B1、B2、…、Bm；
步骤5、根据步骤4畸变校正后的条纹图像B1、B2、…、Bm计算视场中被测物体的相位分布；
步骤6、对步骤5获得的相位分布进行解包裹操作，获得连续的真实相位分布；
步骤7、根据步骤6中获得的真实相位分布、步骤1获得的相机内参矩阵I1以及相机和条纹投影模块的相对位置，计算被测物体在世界坐标系下的三维坐标，生成被测物体的三维点云。
<...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文建，王小卓，李武森，陈瑞，裘俊哲，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32