基于点扩散函数工程的三维轮廓测量方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于点扩散函数工程的三维轮廓测量方法和系统，基于点扩散函数工程的三维轮廓测量系统包括投影单元、相位调制单元、旋转单元、探测单元及图像重构单元；投影单元用于将发射光调制成周期分布的投影光并将投影光投射于待测物表面；相位调制单元用于接收待测物的反射光并将反射光调制成单螺旋光；旋转单元用于将单螺旋光旋转180度；探测单元用于将旋转前的单螺旋光转换成第一图像数据及将旋转180度后的单螺旋光转换成第二图像数据；图像重构单元与探测单元电连接，用于对第一图像数据及第二图像数据进行处理，以重构待测物的三维轮廓。

3D profile measurement method and system based on point spread function engineering

【技术实现步骤摘要】
基于点扩散函数工程的三维轮廓测量方法和系统
本专利技术涉及光学成像
，特别涉及一种基于点扩散函数工程的三维轮廓测量方法和系统。
技术介绍
结构光投影三维测量方法作为物体三维测量的有效技术手段，在人体建模、医学诊断、工业生产检测等领域发挥着重要的作用。在传统的多焦点结构光投影三维测量系统中，需要将周期性的点阵投影到被测物体表面并使用多个探测器对被测物体进行多个不同角度的图像采集，通过对物体表面的每个投影点的三维坐标进行计算来获得被测物体轮廓的三维信息。整个数据处理流程包括相机标定、图像获取、特征提取、图像匹配和三维重建等，整个三维测量系统硬件成本较高、数据处理流程较繁琐。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有的三维测量系统硬件成本较高、数据处理流程较繁琐的问题，提供一种基于点扩散函数工程的三维轮廓测量方法和系统。一种基于点扩散函数工程的三维轮廓测量方法，包括：将发射光调制成周期分布的投影光并将所述投影光投射于待测物表面；接收所述待测物的反射光并将所述反射光调制成单螺旋光；将所述单螺旋光旋转180度；将旋转前的单螺旋光转换成第一图像数据及将旋转180度后的单螺旋光转换成第二图像数据；对所述第一图像数据及所述第二图像数据进行处理，以重构所述待测物的三维轮廓。上述的基于点扩散函数工程的三维轮廓测量方法，包括将发射光调制成周期分布的投影光并将所述投影光投射于待测物表面，接收所述待测物的反射光并将所述反射光调制成单螺旋光，将所述单螺旋光旋转180度，将旋转前的单螺旋光转换成第一图像数据及将旋转180度后的单螺旋光转换成第二图像数据，对所述第一图像数据及所述第二图像数据进行处理，以重构所述待测物的三维轮廓。通过在待测物上投影周期分布的点阵，从而可以在接收光路一次性获得高密度的三维点云数据，提高了测量速度，还将待测物的反射光调制成单螺旋光，简化了图像数据的处理流程，结构简单。在其中一个实施例中，所述对所述第一图像数据及所述第二图像数据进行处理包括：将所述第一图像数据及所述第二图像数据的像素灰度值进行叠加，得到第三图像数据；对所述第三图像数据进行降噪处理，并截取出所述第三图像中的每对单螺旋点，以构成多个亚区域图像堆栈，其中，每个亚区域包括一对单螺旋点及其周围的像素；对所述多个亚区域进行并行处理；计算每对单螺旋点的两个单螺旋点之间的中心坐标和旋转角度；根据所述旋转角度计算每对单螺旋点对应的投影点的物面深度；根据每对单螺旋点的两个单螺旋点之间的中心坐标及每对单螺旋点对应的投影点的物面深度重构所述待测物的三维轮廓。在其中一个实施例中，所述将发射光调制成周期分布的投影光并将所述投影光投射于待测物表面包括：光源发射的光经第一透镜照射于靶标上；所述靶标将发射光调制成周期分布的投影光；所述投影光经第二透镜入射至反射镜并由所述反射镜反射至半透半反镜；所述半透半反镜将所述投影光经第三透镜投射于待测物上。在其中一个实施例中，所述接收所述待测物的反射光并将所述反射光调制成单螺旋光包括：所述待测物的反射光经所述第三透镜入射至所述半透半反镜；经所述半透半反镜的反射光入射至相位调制单元；所述相位调制单元将所述反射光调制成单螺旋光。一种基于点扩散函数工程的三维轮廓测量系统，包括：投影单元，用于将发射光调制成周期分布的投影光并将所述投影光投射于待测物表面；相位调制单元，用于接收所述待测物的反射光并将所述反射光调制成单螺旋光；旋转单元，用于将所述单螺旋光旋转180度；探测单元，用于将旋转前的单螺旋光转换成第一图像数据及将旋转180度后的单螺旋光转换成第二图像数据；及图像重构单元，与所述探测单元电连接，用于对所述第一图像数据及所述第二图像数据进行处理，以重构所述待测物的三维轮廓。上述的基于点扩散函数工程的三维轮廓测量系统，投影单元将发射光调制成周期分布的投影光并将所述投影光投射于待测物表面，相位调制单元接收所述待测物的反射光并将所述反射光调制成单螺旋光，旋转单元将所述单螺旋光旋转180度，探测单元将旋转前的单螺旋光转换成第一图像数据及将旋转180度后的单螺旋光转换成第二图像数据，图像重构单元对所述第一图像数据及所述第二图像数据进行处理，以重构所述待测物的三维轮廓。通过在待测物上投影周期分布的点阵，从而可以在接收光路一次性获得高密度的三维点云数据，提高了测量速度，还将待测物的反射光调制成单螺旋光，简化了图像数据的处理流程，结构简单。在其中一个实施例中，所述图像重构单元包括：叠加单元，用于将所述第一图像数据及所述第二图像数据的像素灰度值进行叠加，得到第三图像数据；截取单元，用于对所述第三图像数据进行降噪处理，并截取出所述第三图像中的每对单螺旋点，以构成多个亚区域图像堆栈，其中，每个亚区域包括一对单螺旋点及其周围的像素；并行处理单元，用于对所述多个亚区域进行并行处理；计算单元，用于计算每对单螺旋点的两个单螺旋点之间的中心坐标和旋转角度；所述计算单元还用于根据所述旋转角度计算每对单螺旋点对应的投影点的物面深度；及重构单元，用于根据每对单螺旋点的两个单螺旋点之间的中心坐标及每对单螺旋点对应的投影点的物面深度重构所述待测物的三维轮廓。在其中一个实施例中，还包括：光源；投影单元包括第一透镜、靶标、第二透镜、反射镜、半透半反镜及第三透镜；所述光源、所述第一透镜、所述靶标、所述第二透镜、所述反射镜、所述半透半反镜及所述第三透镜沿发射光路依次设置，所述靶标贴靠于所述第一透镜远离所述光源的一侧且位于所述第二透镜靠近所述第一透镜一侧的焦平面上，所述第三透镜远离所述半透半反镜一侧的焦平面与所述待测物的待测面重合；所述光源发射的光经所述第一透镜照射于靶标上，所述靶标用于将发射光调制成周期分布的投影光，所述投影光经所述第二透镜入射至所述反射镜并由所述反射镜反射至所述半透半反镜，所述半透半反镜用于将所述投影光经第三透镜投射于待测物上。在其中一个实施例中，所述靶标上开设有多个间隔均匀的通孔。在其中一个实施例中，所述相位调制单元包括相位组件及第四透镜，所述第三透镜、所述半透半反镜、所述相位组件、所述第四透镜及所述探测单元沿接收光路依次设置，所述第四透镜靠近所述相位组件一侧的焦平面与所述第三透镜靠近所述半透半反镜一侧的焦平面重合；所述待测物的反射光经所述第三透镜入射至所述半透半反镜，并经所述半透半反镜的反射光入射至相位调制单元，所述相位组件用于将所述反射光调制成单螺旋光，所述单螺旋光从所述相位组件出射并经所述第四透镜入射至所述探测单元。在其中一个实施例中，所述相位组件包括多个依次套设的环形相位片。附图说明图1为一实施例中的基于点扩散函数工程的三维轮廓测量方法的流程图；图2为一实施例中的点扩散函数的示意图；图3为一实施例中的基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于点扩散函数工程的三维轮廓测量方法，其特征在于，包括：/n将发射光调制成周期分布的投影光并将所述投影光投射于待测物表面；/n接收所述待测物的反射光并将所述反射光调制成单螺旋光；/n将所述单螺旋光旋转180度；/n将旋转前的单螺旋光转换成第一图像数据及将旋转180度后的单螺旋光转换成第二图像数据；/n对所述第一图像数据及所述第二图像数据进行处理，以重构所述待测物的三维轮廓。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于点扩散函数工程的三维轮廓测量方法，其特征在于，包括：
将发射光调制成周期分布的投影光并将所述投影光投射于待测物表面；
接收所述待测物的反射光并将所述反射光调制成单螺旋光；
将所述单螺旋光旋转180度；
将旋转前的单螺旋光转换成第一图像数据及将旋转180度后的单螺旋光转换成第二图像数据；
对所述第一图像数据及所述第二图像数据进行处理，以重构所述待测物的三维轮廓。


2.根据权利要求1所述的基于点扩散函数工程的三维轮廓测量方法，其特征在于，所述对所述第一图像数据及所述第二图像数据进行处理包括：
将所述第一图像数据及所述第二图像数据的像素灰度值进行叠加，得到第三图像数据；
对所述第三图像数据进行降噪处理，并截取出所述第三图像中的每对单螺旋点，以构成多个亚区域图像堆栈，其中，每个亚区域包括一对单螺旋点及其周围的像素；
对所述多个亚区域进行并行处理；
计算每对单螺旋点的两个单螺旋点之间的中心坐标和旋转角度；
根据所述旋转角度计算每对单螺旋点对应的投影点的物面深度；
根据每对单螺旋点的两个单螺旋点之间的中心坐标及每对单螺旋点对应的投影点的物面深度重构所述待测物的三维轮廓。


3.根据权利要求1所述的基于点扩散函数工程的三维轮廓测量方法，其特征在于，所述将发射光调制成周期分布的投影光并将所述投影光投射于待测物表面包括：
光源发射的光经第一透镜照射于靶标上；
所述靶标将发射光调制成周期分布的投影光；
所述投影光经第二透镜入射至反射镜并由所述反射镜反射至半透半反镜；
所述半透半反镜将所述投影光经第三透镜投射于待测物上。


4.根据权利要求3所述的基于点扩散函数工程的三维轮廓测量方法，其特征在于，所述接收所述待测物的反射光并将所述反射光调制成单螺旋光包括：
所述待测物的反射光经所述第三透镜入射至所述半透半反镜；
经所述半透半反镜的反射光入射至相位调制单元；
所述相位调制单元将所述反射光调制成单螺旋光。


5.一种基于点扩散函数工程的三维轮廓测量系统，其特征在于，包括：
投影单元，用于将发射光调制成周期分布的投影光并将所述投影光投射于待测物表面；
相位调制单元，用于接收所述待测物的反射光并将所述反射光调制成单螺旋光；
旋转单元，用于将所述单螺旋光旋转180度；
探测单元，用于将旋转前的单螺旋光转换成第一图像数据及将旋转180度后的单螺旋光转换成第二图像数据；及
图像重构单元，与所述探测单元电连接，用于对所述第一图像数据及所述第二图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：李四维，吕键，刘充，黄伯源，陈光磊，席文帅，李明明，
申请(专利权)人：广东省航空航天装备技术研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44