基于伪随机散斑的三维测量系统、方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于伪随机散斑的三维测量系统，其包括图像获取装置、图像预处理装置、系统标定装置、高度计算装置以及三维数据处理装置，其中，图像获取装置采集参考基准平面的散斑图像和待测目标表面的散斑图像；图像预处理装置根据参考基准平面的散斑图像和待测目标表面的散斑图像进行图像处理；系统标定装置根据参考基准平面的散斑图像得到标定参数；高度计算装置根据处理后的参考基准平面的散斑图像和处理后的待测目标表面的散斑图像得到相应的质心偏移量；三维数据处理装置根据各个散斑点相对参考基准平面的高度值得到待测目标表面的三维轮廓信息。本发明专利技术还公开一种基于伪随机散斑的三维测量方方和一种基于伪随机散斑的三维测量装置。散斑的三维测量装置。散斑的三维测量装置。

【技术实现步骤摘要】
基于伪随机散斑的三维测量系统、方法及装置


[0001]本申请涉及光学测量
，尤其涉及一种基于伪随机散斑的三维(3
‑
Dimension，3D)测量系统、一种基于伪随机散斑的三维测量方法和一种基于伪随机散斑的三维测量装置。

技术介绍

[0002]与传统二维图像信息相比，三维信息能够更全面、真实地反映客观物体，并实现了许多传统二维图像信息无法胜任的检测需求，如：测量高度、深度、厚度、平面度、翘曲度、磨损划伤等情况。随着工业发展的不断迭代，许多三维测量技术也日趋成熟。其中，由于结构光三维测量技术具有非接触、高精度、高效率、抗干扰强等特点，近些年结构光三维测量在工业自动化和智能制造中发挥着越来越重要的作用，其被广泛应用到半导体行业(印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)检测、芯片检测、手机行业、五金行业等领域。
[0003]结构光三维测量技术根据投射器光源的不同，通常大致可分为：点结构光技术、线结构光技术以及编码结构光技术。其中，点结构光技术的算法简单、计算量小、测量精度高，但其一次只能获取单个轮廓点的高度信息，需要借助精密位移台进行X方向和Y方向扫描才能完成全场测量，从而使得测量效率较低。线结构光技术一次可以获取单条轮廓线的高度信息，需要借助精密位移台进行Y方向扫描才能完成全场测量，与点结构光技术相比，线结构光技术的算法更复杂、计算量更大、测量精度更低。编码结构光技术通过相移解相位的方法可以一次获取全场表面轮廓的高度信息，与点结构光技术相比，其无需借助紧密位移台，但需要一次投影多幅条纹，导致算法复杂、计算量大、处理速度慢且测量精度不高。
[0004]因此，如何快速高效地实现一次性获取高精度的全场表面轮廓高度信息是目前结构光三维测量技术是技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种基于伪随机散斑的三维测量系统，旨在解决现有结构光三维测量技术获取全场表面轮廓高度信息存在的测量精度低、处理速度慢、检测效率不高等问题。
[0006]一种基于伪随机散斑的三维测量系统，包括图像获取装置、图像预处理装置、系统标定装置、高度计算装置以及三维数据处理装置，其中，所述图像获取装置，与所述图像预处理装置电连接，用于采集参考基准平面的散斑图像和待测目标表面的散斑图像，并将所述参考基准平面的散斑图像和所述待测目标表面的散斑图像传输给所述图像预处理装置；所述图像预处理装置，与所述系统标定装置和所述高度计算装置电连接，所述图像预处理装置用于根据所述参考基准平面的散斑图像和所述待测目标表面的散斑图像进行图像处理，将处理后的参考基准平面的散斑图像传输给所述系统标定装置和所述高度计算装置，并将处理后的待测目标表面的散斑图像传输给所述高度计算装置；所述系统标定装置，与所述高度计算装置电连接，所述系统标定装置用于根据所述参考基准平面的散斑图像得到
相应的标定参数，并将所述标定参数传输给所述高度计算装置；所述高度计算装置，与所述三维数据处理装置电连接，所述高度计算装置用于根据处理后的参考基准平面的散斑图像和处理后的待测目标表面的散斑图像得到相应的质心偏移量，并将所述质心偏移量结合各个散斑点的标定参数计算得到所述待测目标表面的散斑图像上各个所述散斑点相对所述参考基准平面的高度值，并将得到的所述高度值传输给所述三维数据处理装置；所述三维数据处理装置，用于根据各个所述散斑点相对所述参考基准平面的高度值得到所述待测目标表面的三维轮廓信息，并对所述待测目标表面的三维轮廓信息进行分析与检测。
[0007]可选地，所述图像获取装置包括第一图像获取电路和第二图像获取电路，其中，所述第一图像获取电路与所述图像预处理装置电连接，所述第一图像获取电路用于采集不同情况下的所述参考基准平面的散斑图像，并将所述参考基准平面的散斑图像传输给所述图像预处理装置；所述第二图像获取电路与所述图像预处理装置电连接，所述第二图像获取电路用于采集不同情况下的所述待测目标表面的散斑图像，并将所述待测目标表面的散斑图像传输给所述图像预处理装置。
[0008]可选地，所述图像预处理装置包括第一图像预处理电路和第二图像预处理电路，其中，所述第一图像预处理电路与所述第一图像获取电路、所述系统标定装置以及所述高度计算装置均电连接，所述第一图像预处理电路用于对所述参考基准平面的散斑图像进行预处理得到散斑点的质心坐标，并将预处理后的所述参考基准平面的散斑图像以及所述散斑点的质心坐标传输给所述系统标定装置和所述高度计算装置；所述第二图像预处理电路与所述第二图像获取电路以及所述高度计算装置均电连接，所述第二图像预处理电路用于将所述待测目标表面的散斑图像进行预处理得到散斑点的质心坐标，并将预处理后的所述待测目标表面的散斑图像以及所述散斑点的质心坐标传输给所述高度计算装置。
[0009]可选地，所述高度计算装置包括散斑图像匹配电路和高度信息获取电路，其中，所述散斑图像匹配电路与所述第一图像预处理电路、所述第二图像预处理电路以及所述高度信息获取电路均电连接，所述散斑图像匹配电路用于将预处理后的所述参考基准平面的散斑图像与预处理后的所述待测目标表面的散斑图像进行匹配，并将匹配结果传输给所述高度信息获取电路；所述高度信息获取电路与所述系统标定装置、所述散斑图像匹配电路以及所述三维数据处理装置电连接，所述高度信息获取电路用于根据所述散斑点的质心坐标计算得到质心偏移量，并根据所述参考基准平面的散斑图像上各个散斑点的标定参数计算得到各个所述散斑点相对参考基准平面的高度值，并将得到的各个所述散斑点相对所述参考基准平面的高度值传输给所述三维数据处理装置。
[0010]可选地，所述图像预处理装置还用于分别对所述参考基准平面的散斑图像和所述待测目标表面的散斑图像上的每个散斑点进行定位，并根据所述参考基准平面的散斑图像和所述待测目标表面的散斑图像的坐标分布情况，分别对每个散斑点进行编号。
[0011]可选地，所述系统标定装置还用于根据所述图像预处理装置传输的所述参考基准平面的散斑图像的重复模式进行检测。
[0012]可选地，所述三维数据处理装置还用于将所述高度计算装置传输的所述待测目标表面的散斑图像上各个散斑点相对参考基准平面的高度值进行三维重构和数据分析，并对所有待测目标表面的散斑图像上的散斑点的高度值进行组合拼接和局部预定区域映射，以得到所述待测目标表面的三维轮廓信息。
[0013]可选地，所述质心偏移量为所述待测目标表面的散斑图像中的散斑点相对于所述参考基准平面的散斑图像的质心偏移量。
[0014]可选地，所述三维测量系统还包括个人计算机、相机、散斑发生器、标定块以及数据线缆，其中，所述个人计算机、所述相机以及所述散斑发生器之间通过所述数据线缆实现电连接。
[0015]综上所述，所述图像获取装置采集不同情况下的参考基准平面的散斑图像和待测目标表面的散斑图像，所述图像预处理装置根据获取的所述参考基准平面的散斑图像和所述待测目标表面的散斑图像进行图像处理，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于伪随机散斑的三维测量系统，其特征在于，所述三维测量系统包括图像获取装置、图像预处理装置、系统标定装置、高度计算装置以及三维数据处理装置，其中，所述图像获取装置，与所述图像预处理装置电连接，用于采集参考基准平面的散斑图像和待测目标表面的散斑图像，并将所述参考基准平面的散斑图像和所述待测目标表面的散斑图像传输给所述图像预处理装置；所述图像预处理装置，与所述系统标定装置和所述高度计算装置电连接，所述图像预处理装置用于根据所述参考基准平面的散斑图像和所述待测目标表面的散斑图像进行图像处理，将处理后的参考基准平面的散斑图像传输给所述系统标定装置和所述高度计算装置，并将处理后的待测目标表面的散斑图像传输给所述高度计算装置；所述系统标定装置，与所述高度计算装置电连接，所述系统标定装置用于根据所述参考基准平面的散斑图像得到相应的标定参数，并将所述标定参数传输给所述高度计算装置；所述高度计算装置，与所述三维数据处理装置电连接，所述高度计算装置用于根据处理后的参考基准平面的散斑图像和处理后的待测目标表面的散斑图像得到相应的质心偏移量，并将所述质心偏移量结合各个散斑点的标定参数计算得到所述待测目标表面的散斑图像上各个所述散斑点相对所述参考基准平面的高度值，并将得到的所述高度值传输给所述三维数据处理装置；所述三维数据处理装置，用于根据各个所述散斑点相对所述参考基准平面的高度值得到所述待测目标表面的三维轮廓信息，并对所述待测目标表面的三维轮廓信息进行分析与检测。2.如权利要求1所述的基于伪随机散斑的三维测量系统，其特征在于，所述图像获取装置包括第一图像获取电路和第二图像获取电路，其中，所述第一图像获取电路与所述图像预处理装置电连接，所述第一图像获取电路用于采集不同情况下的所述参考基准平面的散斑图像，并将所述参考基准平面的散斑图像传输给所述图像预处理装置；所述第二图像获取电路与所述图像预处理装置电连接，所述第二图像获取电路用于采集不同情况下的所述待测目标表面的散斑图像，并将所述待测目标表面的散斑图像传输给所述图像预处理装置。3.如权利要求2所述的基于伪随机散斑的三维测量系统，其特征在于，所述图像预处理装置包括第一图像预处理电路和第二图像预处理电路，其中，所述第一图像预处理电路与所述第一图像获取电路、所述系统标定装置以及所述高度计算装置均电连接，所述第一图像预处理电路用于对所述参考基准平面的散斑图像进行预处理得到散斑点的质心坐标，并将预处理后的所述参考基准平面的散斑图像以及所述散斑点的质心坐标传输给所述系统标定装置和所述高度计算装置；所述第二图像预处理电路与所述第二图像获取电路以及所述高度计算装置均电连接，所述第二图像预处理电路用于将所述待测目标表面的散斑图像进行预处理得到散斑点的质心坐标，并将预处理后的所述待测目标表面的散斑图像以及所述散斑点的质心坐标传输给所述高度计算装置。4.如权利要求3所述的基于伪随机散斑的三维测量系统，其特征在于，所述高度计算装
置包括散斑图像匹配电路和高度信息获取电路，其中，所述散斑图像匹配电路与所述第一图像预处理电路、所述第二图像预处理电路以及所述高度信息获取电路均电连接，所述散斑图像匹配电路用于将预处理后的所述参考基准平面的散斑图像与预处理后的所述待测目标表面的散斑图像进行匹配，并将匹配结果传输给所述高度信息获取电路；所述高度信息获取电路与所述系统标定装置、所述散斑图像匹配电路以及所述三维数据处理装置电连接，所述高度信息获取电路用于根据所述散斑点的质心坐标计算得到质心偏移量，并根据所述参考基准平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷志辉，陈状，刘宇，熊祥祥，丁华轩，傅丹，
申请(专利权)人：深圳市鹰眼在线电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：