三维测量探测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种探测装置及方法。该探测装置包括光源、光栅、可动的透明板、光纤传像束、成像装置及处理单元。光源可产生光线。光线穿过光栅可产生光栅图案。可动的透明板可把光栅图案转变为多个相移条纹图案。光纤传像束可把相移条纹图案投影到一个物体表面上而产生投影后的条纹图案。成像装置用来获得投影后的条纹图案的图像。处理单元可利用获得的图像对物体表面进行重建。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种探测装置及方法，尤其涉及一种可以提供物体三维表面 轮廓及测量的管道镜或内窺镜及方法。
技术介绍
管道镜和内窥镜广泛的应用于检测难以进入的物体空腔的内部。大多数 管道镜或内窺镜(下称探测装置)包括光学纤维束、透镜系统及图像感应装 置。 一个外部光源产生的光线通过探测装置内的光学纤维束传输来照亮位于 探测装置后的物体。当物体被照亮后，其便通过透镜系统成像于图像感应装 置上。随后，图像感应装置便把物体的图像传输给一个显示装置，比如显示 器来进行观察。图像感应装置可设置于探测装置的前端，比如硬性管道镜或内窺镜；另外，其也可设置于探测装置的后端，比如视频管道镜或内窺镜。 探测装置可用来检测 一些不易进入的位置来确认那里的部件的磨损情况及其 是否被正确的制造或装配。其也可用来进行尺寸测量以确认部件的磨损是否 超过了运行的限制或部件的制造或装配是否符合规格。此外，其还可以用来 建立三维模型或表面轮廓，进行三维观察或反向工程等。在显示装置上显示的物体图像的放大率与外观尺寸随着物体与探测装置 的距离的变化而不断改变。这就产生了一个问题，即很难对物体进行准确的 尺寸测量，特别是进行三维测量。目前，已有很多方法来利用探测装置来进行三维测量，如立体视觉法 (Stereo Viewing )、点投影法或使用单线来获得单影像轮廓法。立体一见觉法可 用来产生三维图像，但其只能提供图像上有相互关联的两个点的信息，这样， 当物体表面信息很少的时候就会碰到麻烦。而且，对点与点之间的进行关联 处理从而得到一个完整的三维表面轮廓需要耗费大量的时间，通常是仅选择 可满足基本测量的少量的点进行关联处理。点投影法可对所投影位置的点进 行测量，然后点与点之间的区域用内插值算法来补充计算，这样，点与点之间的区域的表面深度信息就不能准确的获得。单线轮廓法可用来提供单线所 处位置的轮廓信息，但是准确地把单线定位于目标物体表面上比较困难。而 且，当物体表面不平坦或者视图与物体表面不垂直时，这种利用非共线点进 行比如由点到线或由点到面的测量常会发生误差。在工业系统中常使用单线 轮廓进行扫描来建立物体的三维图像，但由于尺寸的限制其还没有在较小尺 寸的探测装置中得到实际的应用。以上方法中还存在其他问题。比如，需要很大的计算容量来处理数据及 有经验的技术人员来操作装置。此外，当需要高精度的完整的物体三维表面 轮廓或进行完整测量时，以上方法并不合适。没有完整的数据，物体表面上 的 一 些几何特性就可能不能获得。为了解决这个问题，条紋相移法被用来获得完整的物体数据。然而，条 紋相移法目前还没有实际的应用于探测装置，如管道镜或内窥镜中。所以，需要提供一种可基于条紋相移法来提供物体三维表面轮廓及测量 的探测装置。
技术实现思路
本专利技术的一个实施例提供了一种探测装置。该探测装置包括光源、光栅、 可动的透明板、光纤传像束、成像装置及处理单元。光源可产生光线。光线 穿过光栅可产生光栅图案。可动的透明板可把所述光栅图案转变为多个相移 条紋图案。光纤传像束可把相移条紋图案投影到一个物体表面上而得到投影 后的条紋图案。成像装置用来获得投影后的条紋图案的图像。处理单元可利 用所述获得的图像来对物体表面进行重建。本专利技术的另一个实施例提供了一种相移条紋产生装置。该相移条紋产生 装置包括光源、光栅、可动的玻璃板及光纤传像束。光源可产生光线。光线 穿过光栅可产生光栅图案。可动的玻璃板可把所述光栅图案转变为多个相移 条紋图案。光纤传像束可4巴相移条紋图案投影到一个物体表面上。本专利技术的实施例还提供了 一种使用探测装置的方法。该方法包括使来自于光源的光线穿过光栅而形成光栅图案；使所述光栅图案穿过可动的玻璃板 而形成多个相移条紋图案；使所述相移条紋图案穿过光纤传像束以投影到一 个物体表面上；从物体表面上获取投影后的条紋图像；及利用获取的所述条 紋图像重建所述物体表面。本专利技术的实施例进一 步提供了 一种使用相移条紋产生装置的方法。该方法包括使来自于光源的光线穿过光栅而形成光栅图案；使所述光4册图案穿过 可动的玻璃板而形成多个相移条紋图案；及使所述相移条紋图案穿过光纤传 像束以投影到一个物体表面上。附图说明通过结合附图对于本专利技术的实施例进行描述，可以更好地理解本专利技术， 在附图中图1为本专利技术管道镜或内窥镜系统的一个实施例的示意图2为图1所示的本专利技术管道镜或内窥镜系统中相移条紋产生装置的一 个实施例的示意图3为本专利技术管道镜或内窥镜系统中螺线管驱动玻璃板来产生相移条紋 图案的一个实施例的示意图4为玻璃板的转动以产生相移的示意图5为本专利技术管道镜或内窥镜系统中相移条紋产生装置的另一个实施例 的示意图。具体实施例方式如图1所示，在本专利技术的一个实施例中，探测装置(管道镜或内窥镜系 统)10包括处理装置11，监控装置12，控制装置13，图像接收装置14及 相移条紋产生装置15。处理装置11可为中央处理器(CPU)。监控装置12 可为液晶显示器(Liquid Crystal Display, LCD)。控制装置13包括有电路系统 及/或机械系统。图像接收装置14包括有成像装置140和成像光学装置141。 成像装置140可为电荷耦合装置(Charge-coupled Device, CCD )，也可为具有 二维感光像素阵列的其他装置。该装置可把每个像素感应的光信号转化为视 频信号进行输出。成像光学装置141可为透镜。相移条紋产生装置15包括 光源150、相移光学装置151、光纤传像束152及投影光学装置153,其共同 把相移条紋图案投影到物体表面16上。处理装置11可驱动控制装置13来控制相移光学装置151以产生期望的 相移条紋图案。当然，控制装置13也可不与处理装置相连而独立的控制相移 光学装置151。当相移条紋图案投影到物体表面16上后，成像光学装置141可导引投影后的条乡丈图案并聚焦其到成像装置140上。然后，成像装置140 把获得的投影后的条紋图案的图像传输到处理装置11以对物体表面16进行 计算。同时，处理装置11可驱动监控装置12以显示物体表面16的图像以便 使用者进行观察。在一个实施例中，物体表面16呈半球状，当然，其也可为 其他任何形状。处理装置11和监控装置12可作为处理单元来对物体表面16 进行重建。除过相移条紋产生装置15外，对本领域技术人员来说，图1中所 示的其他元件均可容易实现。图2为图1所示的管道镜或内窥镜系统中相移条紋产生装置的一个实施 例的示意图。在该实施例中，相移条紋产生装置15包括光源150、 一对聚光 镜21、光栅22、可动的透明板23、条紋会聚光学装置24、相移光学装置151、 光纤传像束152及投影光学装置153,其均沿着轴线29依次设置。此外，物 体表面16也沿着轴线29设置。在图2所示的实施例中，光源150可为一个白光源，其也可为其他任何 适用于探测装置IO的光源，如水银灯、金属囟化物灯、卣素灯、激光灯、磷 光灯、光纤性激光器或LED灯等。条紋会聚光学装置24或投影光学装置153 可为常规的透镜、自聚焦透镜(Gradient Index Lens, GRIN)或其他任何高效、 低失真及聚焦范围大的透镜。另外，也可用一个聚光镜来代替一对聚光镜21。当然，较本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种探测装置，包括：　光源，其可产生光线；　光栅，所述光线穿过该光栅可产生光栅图案；　可动的透明板，其可把所述光栅图案转变为多个相移条纹图案；　光纤传像束，其可把所述多个相移条纹图案投影到一个物体表面上而产生投影后的 条纹图案；　成像装置，其可获得投影后的条纹图案的图像；及　处理单元，其可利用所述获得的图像来重建所述物体表面。

【技术特征摘要】
1.一种探测装置，包括光源，其可产生光线；光栅，所述光线穿过该光栅可产生光栅图案；可动的透明板，其可把所述光栅图案转变为多个相移条纹图案；光纤传像束，其可把所述多个相移条纹图案投影到一个物体表面上而产生投影后的条纹图案；成像装置，其可获得投影后的条纹图案的图像；及处理单元，其可利用所述获得的图像来重建所述物体表面。2. 如权利要求1所述的探测装置，其中所述透明板包括玻璃板。3. 如权利要求1所述的探测装置，进一步包括螺线管，该螺线管可驱 动所述透明板转动。4. 如权利要求1所述的探测装置，进一步包括投影透镜，其设置于所述光纤传像束之后，以把所述光纤传像束传输的 相移条紋图案投影到所述物体表面上；及成像透镜，其把来自于物体表面上的光线引导并聚焦到所述成像装置上。5. 如权利要求1所述的探测装置，其中所述探测装置包括管道镜。6. —种相移条紋产生装置，包括 光源，其可产生光线；光栅，所述光线穿过该光栅可产生光栅图案；可动的玻璃板，其可^t巴所述光^^图案转变为多个相移条紋图案；及光纤传像束，其可把所述多个相移条紋图案投影到一个物体表面上。7. 如权利要求6所述的相移条紋产生装置，进一步包括聚光镜，该聚 光镜设置于所述光源和所述光栅之间以校准来自于光源的光线到所述光栅 上。8. 如权利要求6所述的相移条紋产生装置，进一步包括条紋会聚透镜， 该透镜设置于所述玻璃板和所述光纤传像束之间用于把穿过玻璃板的光线输 送入所述光纤传像束中。9. 如权利要求6所述的相移条紋产生装置，其中相移条紋图案包括方 波图案。10. 如权利要求6所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶立，凯文G哈丁，胡庆英，宋桂菊，郑建明，克拉克A本多尔，托马斯卡本，贾明，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]