一种面阵结构光投影高度信息检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种面阵结构光投影高度信息检测方法，包括步骤：将待测物置于相机视野范围，其被测面具有凹槽结构；设置第一、第二投影光源，第一投影光源与相机的连线、第二投影光源与相机的连线呈45

【技术实现步骤摘要】
一种面阵结构光投影高度信息检测方法及装置


[0001]本专利技术属于三维扫描
，尤其是涉及一种面阵结构光投影高度信息检测方法及装置。

技术介绍

[0002]三维扫描技术被广泛应用于人机交互、物体识别、人脸识别、产品质量检测、三维建模等领域。从测量方法的基本物理原理上进行分类，主要包括三角测量法、飞行时间法、对焦高度法、共焦法，以及干涉法。
[0003]结构光技术可按照其投影光的维度，分为点结构光，线结构光，以及面结构光。由于点结构光、线结构光在实践中往往采用激光光源，因此通常被称之为点激光和线激光传感器，二者均已在工业在线检测中大规模应用。点激光传感器常常被用于测量单点的高度值。而线激光传感器常常被用于测量物体横截面的轮廓，因此也被称作二维轮廓传感器。
[0004]面阵的结构光技术是近些年比较热门的三维扫描技术，对比点结构光和线结构光，它的优势是无需借助机构运动扫描就可以获得一个面的高度信息，系统集成要求低。
[0005]现有的面阵结构光传感器大多采用单目方式，即一个光源发射器和一个接收器，接收器和光源发射器在一个水平轴上，布局示意图如图1、图2所示。
[0006]投影时，投影光源向被测量面投影出编码图案，在摄像机接受到经测量表面高度调制后的编码图像后，将图像进行解码，得到物体表面高度，如图3所示。这种架构对于多数漫反射表面的场景，接收器都可以接受到被测表面返回的信息并重构出高度信息，如图4所示。但是因为投影对于存在一些镜面反射、光路被遮挡和多重反射的场景，接收器无法有效获取被测表面返回的灰度信息来解码，这时候高度就会重构失败。
[0007]如图5
‑
1所示，当存在镜面反射时，投影仪入射光大部分都没有被反射到相机，此时像素的灰度值过低，解码错误，输出错误的高度值。当投影仪入射光大部分被直接反射到相机，此时像素的灰度值为255，解码错误，输出错误的高度值。
[0008]如图5
‑
2所示，当光路被遮挡时，投影仪发射的光在物体表面反射后，由于台阶的遮挡无法进入相机，没有有效信息，此位置没有高度信息。或者，投影仪发射的光无法进入凹孔内，或者进入凹孔内的光在表面反射后，无法进入相机，没有有效信息，此位置没有高度信息。
[0009]如图5
‑
3所示，当存在多重反射时，投影光直接发射到凹槽A点的光线，和投影光发射到凹槽B点的光线，经过一次或多次反射又到达A点，这两束光线经过A点反射，都会被相机所接收，并被判断是A点的调制信息，导致最终相机无法正确解调该点的正确高度。
[0010]针对于存在具有多重反射的凹槽结构的物体，只能调整投影的角度，使多重反射不会产生，或是减弱，否则一旦多个光束重叠一起，就无法再解调出正确高度。目前解决此类问题一般使用多个投影仪，通常是4个投影仪，4个投影仪从不同角度发射投影，并保证这些区域会有至少2个投影仪不会产生多重反射，并通过相近法判断出。但是，更多的投影仪意味着更高的成本，和更多拍摄图片和拍摄时间，每多一个投影仪即需要多一倍的图片和
时间。

技术实现思路

[0011]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种结构简单，检测速度快，有效针对存在多重反射现象的物体扫描的面阵结构光投影高度信息检测方法及装置。
[0012]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种面阵结构光投影高度信息检测方法，包括以下步骤：将待测物置于相机的视野范围内，该待测物的被测面具有凹槽结构；在相机所在水平高度设置第一投影光源和第二投影光源，且第一投影光源与相机的连线、第二投影光源与相机的连线呈夹角，该夹角为45
‑
135
°
；启动第一投影光源，第一投影光源的投影重构出第一高度信息矩阵，此时存在多重反射现象的为区域一，不存在多重反射现象的为区域二；关闭第一投影光源，启动第二投影光源，第二投影光源的投影重构出第二高度信息矩阵，此时存在多重反射现象的为区域二，不存在多重反射现象的为区域一；且区域一和区域二构成完整区域；设置目标高度信息矩阵为第三高度信息矩阵，其在区域一的高度信息从第二高度信息矩阵中获取，其在区域二的高度信息从第一高度信息矩阵中获取。
[0013]进一步的，所述区域一和区域二之间具有过渡区域，其高度信息由第一高度信息矩阵和第二高度信息矩阵加权平均获得。
[0014]进一步的，所述相机视野范围的斜对角线形成X状的分界线，与第一投影光源位于同一轴线上的两块区域为区域一，与第二投影光源位于同一轴线上的两块区域为区域二。
[0015]进一步的，两条斜对角线绕视野范围的中心顺时针和逆时针分别转动0
‑
20
°
，形成所述的过渡区域。
[0016]进一步的，所述夹角为90
°
。
[0017]进一步的，所述凹槽结构为封闭环状凹槽，或者为开放环状凹槽。
[0018]本专利技术还公开了一种面阵结构光投影高度信息检测装置，包括：相机，设于待测物的被测面上方，被测面具有凹槽结构，且被测面至少分为区域一和区域二；第一投影光源，设于相机所在水平高度；第二投影光源，设于相机所在水平高度，第一投影光源与相机的连线、第二投影光源与相机的连线呈45
‑
135
°
的夹角；控制单元，控制第一投影光源和第二投影光源的启闭；输出单元，用于输出第一高度信息矩阵、第二高度信息矩阵及目标第三高度信息矩阵；当第一投影光源开启、第二投影光源关闭时，输出单元输出第一投影光源的投影重构出的第一高度信息矩阵，此时存在多重反射现象的为区域一；当第二投影光源开启、第一投影光源关闭时，输出单元输出第二投影光源的投影重构出的第二高度信息矩阵，此时存在多重反射现象的为区域二；目标第三高度信息矩阵从第二高度信息矩阵中获取其在区域一的高度信息，从第
一高度信息矩阵中获取其在区域二的高度信息。
[0019]进一步的，所述夹角为90
°
。
[0020]进一步的，所述区域一和区域二之间形成过渡区域，其高度信息由第一高度信息矩阵和第二高度信息矩阵加权平均获得。
[0021]进一步的，所述第一投影光源与相机的连线、第二投影光源与相机的连线呈75
‑
105
°
的夹角。
[0022]本专利技术提出一种名为“双投影”的结构光光源架构和算法融合的新颖方法，它能够在原单目面阵结构光的基础上，实现对被测表面的三维重构，并具有更优的技术指标和更广泛的应用场景。
[0023]本专利技术的有益效果是，1）装置简单，针对环形槽的结构，通常需要四个投影仪，以保证多重反射区域至少有两个投影仪不存在多重反射，也即是保证其获取的高度信息是正确的，而有多重反射区域的高度信息则相差很大，因此可以通过判断2个高度值相近的高度值为正确值，不接近的高度值为异常值（即存在多重反射）；而呈180
°
的双投影仪，其多重反射区域是重叠的，也就是该区域两者都无本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面阵结构光投影高度信息检测方法，其特征在于，包括以下步骤：将待测物置于相机的视野范围内，该待测物的被测面具有凹槽结构；在相机所在水平高度设置第一投影光源和第二投影光源，且第一投影光源与相机的连线、第二投影光源与相机的连线呈夹角，该夹角为45
‑
135
°
；启动第一投影光源，第一投影光源的投影重构出第一高度信息矩阵，此时存在多重反射现象的为区域一，不存在多重反射现象的为区域二；关闭第一投影光源，启动第二投影光源，第二投影光源的投影重构出第二高度信息矩阵，此时存在多重反射现象的为区域二，不存在多重反射现象的为区域一；且区域一和区域二构成完整区域；设置目标高度信息矩阵为第三高度信息矩阵，其在区域一的高度信息从第二高度信息矩阵中获取，其在区域二的高度信息从第一高度信息矩阵中获取。2.根据权利要求1所述的面阵结构光投影高度信息检测方法，其特征在于：所述区域一和区域二之间具有过渡区域，其高度信息由第一高度信息矩阵和第二高度信息矩阵加权平均获得。3.根据权利要求2所述的面阵结构光投影高度信息检测方法，其特征在于：所述相机视野范围的斜对角线形成X状的分界线，与第一投影光源位于同一轴线上的两块区域为区域一，与第二投影光源位于同一轴线上的两块区域为区域二。4.根据权利要求3所述的面阵结构光投影高度信息检测方法，其特征在于：两条斜对角线绕视野范围的中心顺时针和逆时针分别转动0
‑
20
°
，形成所述的过渡区域。5.根据权利要求1所述的面阵结构光投影高度信息检测方法，其特征在于：所述夹角为90
°
。6.根据权利要求1所述的面阵结构光投影高度信...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志文，黄蒸，吴笛，曹文旭，
申请(专利权)人：上海盛相工业检测科技有限公司，
类型：发明
国别省市：