一种基于液晶显示的微型复合双频条纹投影模块制造技术

本发明专利技术属于3D检测技术领域，提供一种基于液晶显示的微型复合双频条纹投影模块，特别适合于复杂物体的微型化的高精度动态检测研究领域。本发明专利技术通过二值填充复合多频条纹图案的设计形成液晶显示模块，再通过液晶显示模块、柱面透镜投射出单帧复合双频条纹场，可以采用傅里叶变换轮廓术或深度学习对运动复杂物体的三维面形进行高精度检测。本发明专利技术以单帧显示和非线扫式刷新显示为优点，在使用相机进行结构光检测时不会产生线扫描阴影；并且，本发明专利技术结构简单，能够大大减小体积，大幅降低制作成本，有望实现商业生产；同时，本发明专利技术的体积限制少，可以实现微型化、移动化及便携化，有良好的移动电子端应用前景。移动电子端应用前景。移动电子端应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于液晶显示的微型复合双频条纹投影模块


[0001]本专利技术属于3D检测
，涉及条纹投影轮廓检测技术，具体提供一种基于液晶显示的微型复合双频条纹投影模块，适用于基于条纹投影的结构光检测系统，可以针对复杂物体、动态场景实现高精度检测，并且实现了微型化。

技术介绍

[0002]随着科学技术和工业加工水平的不断发展，对于复杂物体动态场景的检测需求也不断增加；在众多检测方法中，基于结构光照明的光学检测方法(如条纹投影轮廓术、相位测量偏折术和结构光调制分析技术)具有非接触、全场检测、精度高等优点，因而被广泛应用于各种元件的表面质量检测和三维面形测量中。然而，如何快速、准确地获取动态物体或瞬态变化场景的三维形貌信息是条纹投影轮廓术领域的一个亟待解决的问题，高质量、能够应用于动态采集场景的正弦条纹投影技术是限制条纹投影轮廓术动态测量的重要所在。
[0003]目前，条纹投影轮廓术常用的投影显示模式采用线扫描刷新机制，在采集设备的采集速率较低时可以满足投影需求，但当采集设备的采集速率较高时，会出现线扫刷新过程被捕获到的频闪现象，如附图1所示，从而导致拍摄到的条纹质量不佳，不仅对后续的重建结果有负面影响，还会牺牲采集设备的采集特性。如何在小型化、低成本的平台上获取复杂物体、动态场景的高精度三维数据，准确还原出人脸的生物特征与细节仍是“三维人脸识别”一大技术难题，也是国民经济和社会发展中迫切需要解决的关键科技问题。常见的条纹投影技术有二值离焦投影、阵列投影、机械旋转光栅投影、时间编码投影等方式，这些方式可以满足其对应应用场景的实验需求，但不易实现小型化、低成本化；因此，研究一种简单、高效的适用于复杂物体、动态场景的投影模块技术具有很高的实用价值。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对单帧复杂物体与动态物体检测场景，提供一种基于液晶显示的新型复合多频条纹投影模块，其单帧性可以很好地与深度学习技术融合，而其投影方式能够完全发挥出采集设备的采集特性，适用于条纹投影轮廓术动态检测系统中。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种基于液晶显示的复合双频条纹投影模块，包括：液晶显示模块、柱面透镜以及成像镜头；其特征在于，在背光源照射下，所述液晶显示模块显示一副二值填充复合多频条纹图案，该图案经过投影成像镜头后投射到柱面透镜上，经过柱面透镜后形成复合双频条纹光场。
[0007]进一步的，所述复合多双频条纹由频率为1的第一条纹与频率为f的第二条纹复合而成，所述二值填充复合多频条纹图案采用数学方式表示为：
[0008][0009]其中，I为所述图案的函数图像，x为沿X轴的像素位置，h为液晶显示模块(ITO电极
层)的高度(垂直方向：Y轴)，L为液晶显示模块(ITO电极层)的长度(水平方向：X轴)。
[0010]进一步的，所述液晶显示模块由上至下依次为：由背光源、第一偏振片、第一玻璃基板、第一ITO电极层、液晶分子、第二ITO电极层、第二玻璃基板、第二偏振片，所述二值填充复合多频条纹图案设置于第一ITO电极层上。
[0011]进一步的，所述液晶显示模块呈矩形，高度为复合双频条纹场的振幅的两倍、长度为高度的10倍。
[0012]基于上述技术方案，本专利技术的有益效果在于：
[0013]本专利技术提供一种基于液晶显示的复合多频条纹投影模块，采用非刷新式液晶显示方式，将设计好的特殊图案刻蚀在控制液晶显示的ITO电极上，并利用了柱面透镜仅在单一光轴放大图像的特性，使得该模块可以稳定清晰地投影出一幅复合双频条纹图案。本专利技术具有能够稳定地、单帧地投影出复合双频条纹的优点，可以利用傅里叶相位轮廓术、深度学习技术实现对复杂物体、动态场景的高精度检测，在瞬态场景下有较好的应用前景；同时，本专利技术投影模块因结构简单，元器件成本低，其制作成本远低于传统的液晶显示投影仪，体积也更容易做到微型化。
附图说明
[0014]图1为现有商业投影仪在投影帧率与相机拍摄帧率不匹配时发生的频闪现象。
[0015]图2为本专利技术中基于液晶显示的微型复合双频条纹投影模块的结构示意图。
[0016]图3为本专利技术中二值填充复合多频条纹图案。
[0017]图4为本专利技术实施例中使用Matlab仿真技术得到的复合双频条纹图。
[0018]图5为本专利技术实施例中使用Matlab仿真技术得到的复合双频条纹的一维光强分布图。
[0019]图6为本专利技术实施例中利用Zemax光线追踪技术得到的双频复合条纹的一维光强分布图。
[0020]图7为本专利技术实施例中液晶显示模块的结构示意图。
具体实施方式
[0021]为使本专利技术的目的、技术方案与有益效果更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。
[0022]本实施例提供一种基于液晶显示的复合双频条纹投影模块，其结构如图2所示，具体包括：由背光源、第一偏振片、第一玻璃基板、第一ITO电极层、液晶分子、第二ITO电极层、第二玻璃基板、第二偏振片(如图7所示)构成的液晶显示模块，柱面透镜以及成像镜头；其中，所述第一ITO电极层上有一组可控电极，施加驱动电压后，在背光源的作用下液晶显示模块会显示一副二值填充复合多频条纹图案；该图案经过投影成像镜头后投射到柱面透镜上，随后利用柱面透镜在单一光轴放大图像的特性，投射出的图案经过柱面透镜后会变成复合双频条纹光场；所述模块产生的单帧的复合多双频条纹，适合于动态复杂场景的高精度检测，且模块体积小巧，易于三维传感系统的微型化。
[0023]进一步的，所述复合多双频条纹由频率为1(即为整个周期长度与液晶面板的长度相同)的第一条纹与频率为f的第二条纹复合而成；因此，二值填充复合多频条纹图案如图3
所示，采用数学方式可以表示为：
[0024][0025]其中，以ITO电极层左侧边界的中点为原点，I为二值填充复合多频条纹图案的函数图像，x为沿X轴的像素位置，h为液晶显示模块(ITO电极层)的高度(垂直方向：Y轴)，L为液晶显示模块(ITO电极层)的长度(水平方向：X轴)；
[0026]进一步的，所述液晶显示模块呈矩形，高度为复合双频条纹场的振幅的两倍、长度为高度的10倍；ITO电极层上通过光刻工艺刻蚀人工设计的二值填充复合双频条纹图案，使电极接通时可以使该图案部分的液晶透光，在液晶表面形成等比例的图案样式；柱面透镜只有一个光轴有图像放大倍率，使该光轴垂直于刻蚀图案的振幅变化方向，可以得到复合双频条纹场；在该要求下，投影底片的大小不受限制，可以做到微型化、移动化及便携化。
[0027]进一步的，所述复合双频条纹投影模块使用液晶显示技术，但驱动技术未使用常用的TFT作驱动器件，未采用线阵扫描技术进行图案显示，而是采用电极全面板图案刻蚀方式，直接显示整个图案，在应用采集工作时不会产生线扫阴影，在此技术下可以实现对动态场景的高精度测量。
[0028]从实际应用上讲：
[0029]基于上述复合双频条纹投影模块，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于液晶显示的复合双频条纹投影模块，包括：液晶显示模块、柱面透镜以及投影成像镜头；其特征在于，所述液晶显示模块显示一副二值填充复合多频条纹图案，该图案经过投影成像镜头后投射到柱面透镜上，经过柱面透镜后形成复合双频条纹光场。2.按权利要求1所述基于液晶显示的复合双频条纹投影模块，其特征在于，所述复合多双频条纹由频率为1的第一条纹与频率为f的第二条纹复合而成，所述二值填充复合多频条纹图案采用数学方式表示为：其中，I为二值填充复合多频条纹图案的函数图像，x为沿X轴的像...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳慧敏，张聪，佘绍霆，彭仁军，韦晨，刘永，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：