[发明专利]利用多波长进行表面同步三维测量的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过地形测量方法对物体进行三维测量的装置及方法。

背景技术

根据地形测量原理利用光学三角传感器对物体表面进行三维测量是众所周知的。例如，不同的条纹图案被投射到物体上进行测量，通过一个或多个摄像机进行观察，并通过计算机进行后续评价。评价方法可以是移相法，编码光法或外差法。

投影仪按时间顺序顺次将相同或不同宽度的平行的亮条纹或暗条纹图案投射到被测量的物体上。此外，也可以使用随机图案。投射的条纹图案会受物体形状和观察方向的限制而变形。摄像机分别在相对于投射方向的已知视角记录所投射的条纹图案。每个相机为每一个投射图案摄像。为了测量评价，例如，亮条纹与暗条纹之间的边界线（边缘）是确定的。由于存在随机图案，评价是基于投射表面做出的，利用移相法评价强度分布。

为了对整个物体进行测量，移动图样越过物体（扫描）。因此，为所有摄像机的各个摄像点创建了不同亮度值的时间序列。根据摄像机图像中已知的给定目标点协调图像。条纹的数目可以从一系列亮度值中计算得出，所述的亮度值是从每个摄像机图像点的图像序列中测得的。最简单的情况下，通过在投影仪中作为离散坐标的用于区分条纹数目的二进制代码来实现。

通过能够确定非离散坐标的所谓的移相法能够获得更高的精度。调制信号的相位位置由逐点的强度测量来确定。信号的相位位置通过一个已知值至少被移动两次，而强度仅在一个点被测量。相位位置可以通过三个或更多测量值来计算。移相法可以用于补充一个格雷码或者作为一个绝对测量外差方法（利用几个波长）。

地形测量方法的基础和实际应用之前有过详细描述，例如，在慕尼黑弗朗西斯出版社有限公司1993年出版的贝恩德.博尔科曼编著的“工业实践中的图像处理与光学测量技术”。

然而，多数情况下，技术上相关的对象包含有若干个表面，应用的测量方法应该以一种可比较的特性覆盖整个表面。根据波长和方法，一些表面是合作性的，而一些表面不具有合作性，因此对整个物体获得统一的特性是不可能的，而分别测量是不确定的。

发明内容

给出现有技术的缺点后，本发明的目的在于克服这些缺点。本发明描述了一种通过利用多个波长为不同的表面创造合作条件的方法，同时也提供了实现该方法的装置。

本发明所述的用于物体三维测量的装置包括一投影系统，用于通过包含至少两个不同波长或至少两个不同波长范围的电磁辐射将一个图案投射到表面上；以及一检测器系统，用于以至少两个不同波长或至少两个不同的分别取自至少两个不同波长范围的波长检测投射的图案。优选的是，所用的波长范围是紫外线（UV）光，可见光和/或红外线（IR）光。 具有至少两个不同波长或波长范围的光的同时使用允许检测这种材料，例如，该材料不是为了使用一个波长而需借助另一个波长的合作。合作意味着在这一点上如果通过投影施加到表面的加热曲线被吸收，冲击辐射的主体部分被吸收以便于再次作为热辐射被辐射出去。与合作的这个含义相反的，就反射测量来说，冲击辐射的大部分被广泛反射而不是被吸收。至少两个不同波长或至少两个不同波长范围的使用进一步实现了一个好的辐射分离，该辐射是通过一种根据波长进行投射图案的同步检测的检测器系统检测到的。根据需要，可能用到两个、三个、四个或五个，或者多于五个的不同波长或波长范围。至于具有至少两个不同波长范围的光的同时使用，它们的范围最好不要重叠，但可以是完全不同于/区别于另一个，以便于获得关于两个不同波长的表面信息的完全分离。

根据本发明所述装置的一个具体实施例，可设置一个检测器系统，用于以至少两个不同波长或至少两个不同的分别取自至少两个不同波长范围的波长同步或顺序检测投射的图案。

根据本发明所述装置的进一步改进，投影系统可包括至少两个辐射源，用于产生至少两个不同波长或至少两个不同波长范围的辐射，特别是至少两个具有不同辐射波长的激光器。因此，产生具有独立的不依赖于另一个的波长的辐射是可以实现的，以致其位置是独立决定的。例如，必须用到无损耗的颜色滤光器 。如果采用激光光源，可获得在各自波长的高辐射强度。本文中作为辐射光源的优选的例子是激光光源，但任何其他光源也是可用的，例如LED灯，氘释放灯，高压和特高压气体释放灯。