适于相移分析的探头的条纹投射系统和方法技术方案

适于相移分析的探头的条纹投射系统和方法。一种包括插入导管和安装在所述插入导管远端的多个光发射器的探头。探头还包括至少一个强度调节元件，从多个光发射器发出的光通过该元件以在一表面上投射多个条纹集。当多个光发射器中至少一个的一个发射器组发射光时，多个条纹集保留区的每个构成被投射的结构光图案。探头还包括用于获得表面的至少一幅图像的成像器和设置成对该至少一幅图像执行相移分析的处理单元。还提出一种使用探头在一表面上投射适于进行相移分析的多个条纹集的方法。

【技术实现步骤摘要】

本文描述的主题主要涉及管道镜和内窥镜，尤其是涉及一种提供3D表面绘图和 尺寸测量的管道镜/内窥镜。
技术介绍
管道镜和内窥镜通常用于检查远端腔体的内部。本文中被称作探头的大多数的管 道镜/内窥镜使用耦合到探头中的光导纤维束的外部光源以提供对远端处的远程目标或 表面的照明。当目标被照亮时，通过透镜系统在图像传感器上形成内部图像，并且图像被转 发至相连的显示器，例如电视屏幕。图像传感器可以位于探头的近端，像光学刚性管道镜或 者纤维镜一样，或者像视频管道镜或者内窥镜一样位于远端。上述系统通常用来在难以到 达的位置检查损伤或磨损或者用于核实该部分已经制造或装配好。此外，期望获得尺寸测 量以核实损伤或磨损不超出操作限制或者制造的部分或组件满足其规格。还期望产生一种 3D模型或者表面图以便用于和参考的3D视图、反向工程或者详细表面分析作比较。显示于相连的显示器上的图像基于目标和探头远端之间的距离而在放大倍数以 及外观尺寸上发生改变。这将导致难以直接进行尺寸测量的测定，尤其是在三空间维度内。现在有很多已知的通过探头提供3D数据的方法，包括分割视图获得立体图像(立 体观测)，投射点的粗放图案到远程目标上，或者使用单线(single line)获得单一图像轮 廓。立体方法能够用于创建3D视图，但是只能提供图像上两点能够发生关联处的信息。当 存在微小表面细节时这就会产生问题。关联过程也需要大量的处理，所以产生一个完整的 3D表面图耗时良久。更典型的是仅仅关联基本测量所需的很少的点。投射点的粗放图案 可以得到该点处(at the points ofthe dots)的测量。但是，该点之间的区域留下来被内 插，如此在它们之间的表面变化消失。最后，单线轮廓提供沿该单一轮廓的有用信息，但是 难以正确定位关注目标上的单线，并且当表面不平或者视图不垂直于表面时需要非共线点 的测量(诸如点对线或点对面的测量)易于产生错误。由于尺寸限制，这种通常使用在商 业系统中以构建3D表面图的单一轮廓线扫描，在小探头中一般是不实用的。关于上述讨论过的方法还存在其他局限性。例如，为了实施该方案通常需要大的 计算能力，并且需要高技能的技师来操作该设备。另外，当需要密集3D全表面图或者全视 场目标测量时上述方法就不适用了。没有全视场数据，表面或者目标上的缺陷会被全部忽 略。所以，期望提供一种能提供全视场表面绘图的探头。通过相移可以得到全视场目标数据。相移是一种用于非接触光学测量应用的分析 技术。相移典型地包括投射一组或多组贯穿(cross)照相机视场(FOV)的平行线。当目标 距离改变时，平行线或者条纹集移动越过F0V。哪行是哪个或者绝对相位必须被检查确定 以进行准确测量并获得准确的表面图(Which lineis which,or absolute phase,must be determined in order to make accuratemeasurements and obtain an accurate surfacemap)。在图像中给定点处的绝对相位被定义为给定点与投射线图案中参考点之间的总相差 (线周期数的2 π倍)。参考点可以任意定义。已知有很多方法去译解哪行是哪个和检查确定绝对相位。一些方法包括使用具有 产生根据距离而相对改变的相位的物理水平偏移的多个条纹集或者使用具有根据距离改 变周期的物理轴向偏移的多个条纹集。大部分技术使用附加投射。例如，为了协助检查确 定绝对相位，额外的线(line)被投射以提供一开始参考点。通常使用与FOV中条纹集位置 相结合的检查确定的绝对相位来检查确定绝对目标距离。相移方法在例如管道镜和内窥镜这样的装置中还是不实用的。为相移方法投射合 适线图案(line pattern)所需的设备通常包括投射器、扫描器、压电镜或者类似项。此外， 探头的尺寸限制使得典型设备的使用面临机械上的挑战性。所以，期望提供一种实用的探头机械结构，其能够基于相移分析进行测量和3D表 面绘图。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例，一种探头包括插入导管和设置在插入导管远端的多个光 发射器。该探头还包括至少一个强度调节元件，多个光发射器发出的光通过该强度调节 元件以投射多个条纹集到表面上。当多个光发射器的至少一个的一个发射器组发射光时 (when one emitter group of at least one of the plurality oflight emitters is emitting)，多个条纹集保留区(intern)的每一个构成被投射的结构光图案(each ofthe plurality offringe sets comprise a structured-light pattern)。i亥探头还包f舌获得 表面的至少一幅图像的成像器以及被配置成对至少一幅图像进行相移分析的处理单元。本专利技术的另一个实施例中，提供了 一种通过使用探头在表面上投射适于进行相移 分析的多个条纹集的方法。探头包含在插入导管远端的观测光学器件(viewing optics) 和位于观测光学器件每一侧的光发射器。位于观测光学器件一侧的多个光发射器组成第 一发射器模块并且位于观测光学器件另一侧的多个光发射器组成第二发射器模块。第一 发射器模块保留区包括多个发射器组，发射器组包含第一发射器模块的多个光发射器的至 少一个。类似地，第二发射器模块保留区包括多个发射器组，发射器组包含第二发射器模 块的多个光发射器的至少一个。探头还包括位于观测光学器件每一侧的强度调节区域。第 一强度调节区域位于观测光学器件的一侧而第二强度调节区域位于观测光学器件的另一 侧。该方法包括使第一发射器模块发出的光通过第一强度调节区域以形成第一投射集合 (projection set)而使第二发射器模块发出的光通过第二强度调节区域形成第二投射集 合。第一投射集合和第二投射集合每个均包括多个条纹集(fringe sets)。当多个光发射 器中至少一个的一个发射器组发射光时，多个条纹集中的每一个构成被投射到表面上的结 构光图案。安置多个光发射器使得从第一发射器模块的一个发射器组投射的第一投射集合 的一个条纹集的结构光图案相对于从第一发射器模块的其他发射器组投射的第一投射集 合的其他条纹集的结构光图案表现出相移。同样地，从第二发射器模块的一个发射器组投 射的第二投射集合的一个条纹集的结构光图案相对于从第二发射器模块的其他发射器组 投射的第二投射集合的其他条纹集的结构光图案表现出相对相移。附图说明下面的详细说明是参照相应附图作出，其中图1是根据本专利技术一实施例的探头(管道镜/内窥镜)系统的示意图。图2是使用延长模制成的在发射器模块上的发光二极管(LED)阵列的顶视图。图3是包括周期为ρ的线光栅的强度调节元件的顶视图。图4是发射器模块上LED阵列的顶视图，其中每一发射器包括串联的4个LED。图5是说明串联连接的图4中的LED阵列的顶视图。图6是根据本专利技术另一实施例的探头系统的一般示意图。图7是如图6所示的可拆卸端示范性实例的透视图。图8A是一可拆卸侧视端的示范性实例的透视图。图8B是图8A中可拆卸侧视端的侧视图。图9A是可拆卸侧视端的另一示范性实例的透视图。图9B是图9A中可拆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种探头，包括：插入导管；设置在插入导管远端的多个光发射器；至少一个强度调节元件，多个光发射器发出的光通过该强度调节元件以投射多个条纹集到表面上，当多个光发射器的至少一个的一个发射器组发射光时，多个条纹集的每一个构成被投射的结构光图案；获得表面的至少一幅图像的成像器；和处理单元，其被配置成对至少一幅图像进行相移分析。

【技术特征摘要】
一种探头，包括插入导管；设置在插入导管远端的多个光发射器；至少一个强度调节元件，多个光发射器发出的光通过该强度调节元件以投射多个条纹集到表面上，当多个光发射器的至少一个的一个发射器组发射光时，多个条纹集的每一个构成被投射的结构光图案；获得表面的至少一幅图像的成像器；和处理单元，其被配置成对至少一幅图像进行相移分析。2.权利要求1所述探头，其中结构光图案由平行的明和暗线组成并且其中所述平行的 亮和暗线包含正弦强度轮廓。3.权利要求1所述探头，还包括将光从表面引导和聚焦到成像器上的观测光学器件。4.权利要求1所述探头，进一步包括侧视棱镜，从表面反射的多个条纹集通过其到达成像器； 其中安置所述多个光发射器以在基本垂直于探头轴的方向发射光。5.权利要求1所述探头，其中安置所述多个光发射器以使得一个条纹集的结构光图案 相对于其他条纹集的结构光图案表现出相移。6.权利要求1所述探头，进一步包括包括至少一个强度调节元件的可拆卸远端，其中所述多个光发射器固定附着在插入导管上。7.权利要求3所述探头，其中多个光发射器被安置在观测光学器件的每一侧上，位于观测光学器件一侧上的多个光 发射器组成第一发射器模块，而位于观测光学器件另一侧上的多个光发射器组成第二发射 器模块；以及该至少一个强度调节元件包括两个强度调节区域，第一强度调节区域位于观测光学器 件的一侧上而第二强度调节区域位于观测光学器件的另一侧上，从而从第一发射器模块发出的光穿过第一强度调节区域形成第一投射集合而从第二发射 器模块发出的光穿过第二强度调节区域形成第二投射集合，所述第一投射集合包括多个条 纹集并且所述第二投射集合包括多个条纹集。8.权利要求7所述探头，其中 多个光发射器被安置以使得第一投射集合的一个条纹集的结构光图案相对于第一投射集合的其他条纹集的结构 光图案表现出相移；并且第二投射集合的一个条纹集的结构光图案相对于第二投射集合的其他条纹集的结构 光图案表现出相移；其中至少一幅图像包括第一图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：CA本达尔，G宋，L陶，KG哈丁，T卡彭，
申请(专利权)人：通用电气检查技术有限合伙人公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]