一种多光路投影装置、三维测量系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多光路投影装置、三维测量系统及方法，其多光路投影装置包括均匀光源模块，用于发射包含多种颜色的光场分布均匀的准直光源；光源调制模块，用于调制均匀光源模块发射的光源，使所述光源包含设定的投影图案且使所述光源被分解为两束不同相位的偏振光，并对两束偏振光进行时序控制；投影模块，包括若干对投影出口，每个投影出口用于投射单一偏振状态的光源，每对投影出口投射的光源颜色相同，偏振状态不同；所有投影出口的位置相互配合，以使所有投影出口投射的区域重合。本发明专利技术通过投影仪的光路结构配合光源及反射式微晶投影芯片的时序控制，可实现重叠度高、多方向的投影及三维点云信息与二维彩色图像的实时输出。输出。输出。

【技术实现步骤摘要】
一种多光路投影装置、三维测量系统及方法


[0001]本专利技术涉及光学投影
，特别涉及一种多光路投影装置、三维测量系统及方法。

技术介绍

[0002]非接触式光学三维测量技术可分为主动式与被动式，主动式测量中的结构光投影测量系统主要由相机和投影仪组成，投影仪主要是投射相移图，相机主要是采集经物体表面调制的相移图。不同高度物体引起的相位变化不同，通过算法提取相机拍摄到的相移图中的相位信息，就可以对被测物体进行三维重建，三维重建后待测物体的各种三维形貌信息便能够得到，此时可根据具体的测量需求，根据三维重建的结果得到目标参数的三维测量。现有的结构光投影测量系统主要由单个相机和单个投影仪组成，存在较多测量死角，仅能够输出物体表面三维点云信息，无法实时输出二维彩色图像。而利用多个投影仪的测量系统仅为多个投影仪的简单叠加，存在投影区域重叠度不高、投影波长单一等问题。
[0003]现有的结构光投影测量系统主要由单个相机和单个投影仪组成，其利用计算机生成条纹图案，通过光学投影系统（投影仪）投射至被测物体表面，不同高度物体引起的条纹图案的相位变化不同。用相机采集被物体表面调制后发生变形的条纹图像，通过算法提取畸变条纹强度图中的相位信息，就可以对被测物体就行三维重建。中国专利CN113252685A利用多个投影仪搭建测量系统，但是系统仅为多个投影仪的简单叠加，存在着投影区域重叠度不高、投影波长单一、装置复杂，在投影仪外还需要白光线光源照明等问题。中国专利 CN217113031U中提出的一种基于LCOS成像芯片的投影光学结构，利用LCOS成像芯片配合偏光组件进行投影，能够同时利用S偏振光及P偏振光，但其只解决利用多种偏振光的问题，在投影方式上未进行进一步设计，无法实现通过多个投影口的配合来排除测量死角的问题。
[0004]综上所述，现有技术的主要不足如下：（1）现有的结构光投影测量系统主要由单个相机和单个投影仪组成，存在较多测量死角，仅能够输出物体表面三维点云信息，无法实时输出二维彩色图像。
[0005]（2）现有的多投影系统仅为多个投影仪的简单叠加，存在着投影区域重叠度不高、投影波长单一、装置复杂，在投影仪外还需要白光线光源照明等问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术提出的一种多光路投影装置、三维测量系统及方法，可至少解决上述技术问题之一。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提出了以下技术方案：一种多光路投影装置，包括：均匀光源模块，用于发射包含多种颜色的光场分布均匀的准直光源；光源调制模块，用于调制均匀光源模块发射的光源，使所述光源分解为两束不同相位的偏振光且包含设定的投影图案；
投影模块，接收光源调制模块调制后的光源并投射到待测物体上，包括若干对投影出口，每个投影出口用于投射单一偏振状态的光源，每对投影出口投射的光源颜色相同，偏振状态不同；各个投影出口的位置相互配合，以使所有投影出口的投影区域重合。
[0008]进一步地，所述均匀光源模块，包括：多个发射不同颜色光的光源，所述光源前设置有准直光学元件，以调整光源发出的光为准直光；光源合束装置，用于将不同颜色的准直光源合并为一束光源；均匀光学组件，用于对合并后的光源进行光束匀化，得到包含多种颜色的光场分布均匀的准直光源。
[0009]进一步地，所述不同颜色的光为红、绿、蓝三种颜色的光；所述光源合束装置为X形合束棱镜。
[0010]进一步地，所述光源调制模块，包括：第一偏振分光装置，用于将均匀光源模块发射的光源分为两束不同相位的偏振光：S偏光和P偏光；所述S偏光和P偏光分别照射到对应的LCOS芯片上；LCOS芯片，用于反射并调制照射到其上的S偏光和P偏光，使反射的光源包含设定的投影图案；所述调制还包括：将所述S偏光反射后转换为P偏光，将所述P偏光反射后转换为S偏光；经过LCOS反射的两束偏振光沿着原光路反射逆向进入第一偏振分光装置，合并为一束光源并经过成像镜头进入所述投影模块。
[0011]进一步地，所述投影模块包括：第二偏振分光装置，用于将光源调制模块发射的两束偏振光分离；光路分离装置，用于根据光线的颜色将每束偏振光分离，使分离后的不同颜色的光源到达不同的投影出口；反射镜，设置于光路分离装置与投影出口之间，用于改变光线的方向，并调整光源包含的投影图案的方向；若干对投影出口，每对投影出口投射的光源颜色相同，偏振状态不同；各个投影出口的位置相互配合，再通过反射镜的调节，以使所有投影出口的投影区域重合。
[0012]进一步地，所述光路分离装置为双色片或双色棱镜，所述双色片或双色棱镜将相对较短波长的光反射，相对较长波长的光透射，从而根据光线的颜色将每束偏振光分离。
[0013]进一步地，所述第一偏振分光装置和第二偏振分光装置为偏振分束棱镜或偏振分束平板；所述光源调制模块和所述投影模块之间设置有若干反光镜，用于改变光源调制模块调制后的光源的方向。
[0014]另一方面，本专利技术还提出了一种三维测量系统，包括：上述的多光路投影装置；一台或多台相机，用于获取所述多光路投影装置投影到待测物体上的图像；上位机，与所述多光路投影装置相连，用于控制所述LCOS芯片反射出设定的投影图案，并对所述均匀光源模块进行时序控制；所述上位机和所述相机相连，用于控制相机进行拍摄并接收相机获取的图像进行三维测量。
[0015]再一方面，本专利技术还提出了一种三维测量方法，包括：设置不同空间频率和不同相位的条纹图案；上述的多光路投影装置分别投影不同颜色的所述条纹图案于待测物体上；一台或多台相机获取不同颜色的所述条纹图案投影到待测物体上的图像；根据相机获取的图像对被测物体进行三维重建，根据三维重建模型得到三维测量结果。
[0016]进一步地，还包括：所述多光路投影装置交替投射出红、绿、蓝三种颜色的无条纹图案光源，以使所述相机获取待测物体表面的二维彩色图像。
[0017]本专利技术的有益效果为：（1）光源配合偏振分光棱镜及LCOS芯片，可实现多波长、多偏振的投影图案输出，其组合可实现多种投影输出；而利用传统的投影仪方案则需要多组光源及多组LCOS芯片；采用多种波长进行投影，在获取物体表面三维点云信息的同时，也能够获得物体二维彩色信息；（2）利用偏振分光棱镜及双色片，可将不同波长、不同偏振的投影从不同的投影出口出射，并通过对投影口的设计，实现投影面积重叠度高的多方向投影。
附图说明
[0018]图1是本专利技术的多光路投影装置结构图；图2是现有投影装置中多光路投影装置投影效果图；图3是本专利技术的多光路投影装置的投影效果图；图4是本专利技术的三维测量方法使用的条纹图；图5是本专利技术的三维测量方法中对LCOS芯片的时序控制示意图。
[0019]图中：1
‑
LED光源；2
‑
光源整形及准直器；3
‑
X形合束棱镜；4
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均匀光学组件；5
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第一偏振分光装置；6
‑
第一LCOS芯片；7
‑
第二LCOS芯片；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多光路投影装置，其特征在于，包括：均匀光源模块，用于发射包含多种颜色的光场分布均匀的准直光源；光源调制模块，用于调制均匀光源模块发射的光源，使所述光源分解为两束不同相位的偏振光且包含设定的投影图案；投影模块，接收光源调制模块调制后的光源并投射到待测物体上，包括若干对投影出口，每个投影出口用于投射单一偏振状态的光源，每对投影出口投射的光源颜色相同，偏振状态不同；各个投影出口的位置相互配合，以使所有投影出口的投影区域重合。2.根据权利要求1所述的多光路投影装置，其特征在于，所述均匀光源模块，包括：多个发射不同颜色光的光源，所述光源前设置有准直光学元件，以调整光源发出的光为准直光；光源合束装置，用于将不同颜色的准直光源合并为一束光源；均匀光学组件，用于对合并后的光源进行光束匀化，得到包含多种颜色的光场分布均匀的准直光源。3.根据权利要求2所述的多光路投影装置，其特征在于，所述不同颜色的光为红、绿、蓝三种颜色的光；所述光源合束装置为X形合束棱镜。4.根据权利要求1所述的多光路投影装置，其特征在于，所述光源调制模块，包括：第一偏振分光装置，用于将均匀光源模块发射的光源分为两束不同相位的偏振光：S偏光和P偏光；所述S偏光和P偏光分别照射到对应的LCOS芯片上；LCOS芯片，用于反射并调制照射到其上的S偏光和P偏光，使反射的光源包含设定的投影图案；所述调制还包括：将所述S偏光反射后转换为P偏光，将所述P偏光反射后转换为S偏光；经过LCOS反射的两束偏振光沿着原光路反射逆向进入第一偏振分光装置，合并为一束光源并经过成像镜头进入所述投影模块。5.根据权利要求1所述的多光路投影装置，其特征在于，所述投影模块，包括：第二偏振分光装置，用于将光源调制模块发射的两束偏振光分离；光路分离装置，用于根据光线的颜色将每束偏振光...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄长江，张光宇，唐俊峰，曹桂平，董宁，
申请(专利权)人：合肥埃科光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：