[发明专利]三维成像系统和三维成像方法

说明书

本发明公开了一种三维成像系统和三维成像方法，通过在三维成像系统中引入变焦镜头，通过投影部分的变焦镜头来调节投影单元的投射视场和投影距离，通过图像获取部分的变焦镜头来调节其拍摄视场和光学放大倍数，从而实现了对物体的自动变焦结构光成像，克服了传统装置随着距离增加深度分辨率降低的缺陷，增大了结构光成像的作用距离，提高了三维成像的精确度。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种三维成像系统和三维成像方法。

背景技术

三维成像系统广泛用于模具设计、工业测量等领域。目前广泛采用的结构光方法(Structured Light)是一种主动式光学测量技术，其基本原理是由结构光投射装置向被测物体表面投射可控制的光点、光条或光面结构，并由图像获取装置(如摄像机)获得图像，通过系统几何关系，利用三角原理计算得到物体的三维坐标，即结构光三维成像过程包含两步，首先获取物体被结构光条纹调制的二维图像，然后再从包含变形条纹的二维像中通过数字重建方法得到物体的三维点云数据。结构光测量方法具有计算简单、体积小、价格低、大量程、便于安装和维护的特点，结构光三维成像技术已被深入研究和广泛应用，特别是在实际三维轮廓测量中应用更为广泛。

但是，结构光三维成像系统没有光学变焦系统，存在随着距离增加，深度分辨率会逐渐降低，这极大限制了结构光三维成像系统在远距离成像中的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种三维成像系统和三维成像方法，可以将光学变焦引入三维成像系统，从而可以根据成像对象的距离调整成像区域，在成像对象较远时仍能以高分辨率获取图像，提高三维成像的精确度。

第一方面，提供一种三维成像系统，包括:

投影装置，具有第一变焦镜头，用于向成像对象投射结构光图案；

图像获取装置，具有第二变焦镜头，用于获取投射有所述结构光图案的成像对象的图像；

控制装置，用于根据所述图像获取装置获取的第一图像检测结构光图案的边界，并调节所述第二变焦镜头的光学参数以使得所述图像获取装置的成像区域与所述结构光图案边界满足预定关系并获取第二图像，根据所述第二图像计算获取所述成像对象的三维点云数据。

优选地，所述控制装置控制所述第二变焦镜头的光学参数以使得所述图像获取装置的成像区域的边界与所述结构光图案的边界重合。

优选地，所述第一变焦镜头包括第一镜头组和第一伺服电机；

所述第二变焦镜头包括第二镜头组和第二伺服电机。

优选地，所述控制装置通过控制所述第二变焦镜头的焦距来调整所述图像获取装置的成像区域。

第二方面，提供一种三维成像方法，包括：

向成像对象投射预定尺寸的结构光图案；

获取第一图像，并根据所述第一图像检测所述结构光图案的边界；

调整图像获取装置光学成像参数，使得所述图像获取装置的成像区域与所述结构光图案满足预定关系；

获取投射有所述结构光图案的成像对象的第二图像；

根据所述第二图像计算获取所述成像对象的三维点云数据。

优选地，调整图像获取装置光学成像参数，使得所述图像获取装置的成像区域与所述结构光图案满足预定关系包括：

控制所述图像获取装置以使得所述图像获取装置的成像区域的边界与所述结构光图案的边界重合。

优选地，调整图像获取装置光学成像参数包括：

调节所述图像获取装置的变焦镜头的焦距。