[发明专利]三维测量探测装置及方法

说明书

技术领域

本发明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窥镜及方法。

背景技术

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。大多数管道镜或内窥镜(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窥镜；另外，其也可设置于探测装置的后端，比如视频管道镜或内窥镜。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。立体视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，条纹相移法被用来获得完整的物体数据。然而，条纹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纹相移法来提供物体三维表面轮廓及测量的探测装置。

发明内容

本发明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得到投影后的条纹图案。成像装置用来获得投影后的条纹图案的图像。处理单元可利用所述获得的图像来对物体表面进行重建。

本发明的另一个实施例提供了一种相移条纹产生装置。该相移条纹产生装置包括光源、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。

本发明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纹图案；使所述相移条纹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纹图像；及利用获取的所述条纹图像重建所述物体表面。

本发明的实施例进一步提供了一种使用相移条纹产生装置的方法。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；使所述光栅图案穿过可动的玻璃板而形成多个相移条纹图案；及使所述相移条纹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发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：

图1为本发明管道镜或内窥镜系统的一个实施例的示意图；

图2为图1所示的本发明管道镜或内窥镜系统中相移条纹产生装置的一个实施例的示意图；

图3为本发明管道镜或内窥镜系统中螺线管驱动玻璃板来产生相移条纹图案的一个实施例的示意图；