[发明专利]基于平面复眼和同轴结构光的三维测量系统及使用方法

说明书

本发明公开了一种基于平面复眼和同轴结构光的三维测量系统及使用方法，用于测量被测物体，其装置包括投影仪、半透半反镜和平面复眼，所述投影仪中发出的结构光通过半透半反镜照射在被测物体上，经过被测物体反射后再次经过半透半反镜后成像在平面复眼中，所述平面复眼与计算机连通。本发明的优点在于：其利用半透半反镜建立了投影仪和平面复眼间的同轴关系，实现了全视场无阴影测量；利用平面复眼多通道间的约束关系，可实现对结构光图像的快速准确分析，并对低相位敏感区域进行校正。与传统方法相比，本发明具有全视场、无阴影、速度快、精度高等特点，在三维测量领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及机器视觉三维测量技术领域，具体涉及一种基于平面复眼和同轴结构光的三维测量系统及使用方法。

背景技术

基于结构光的三维测量方法具有结构简单、非接触、测量精度高、速度快等优点，广泛应用于智能制造、工业检测、生物医学等领域。但是当测量复杂面型时，传统结构光测量方法很容易产生阴影，测量存在盲区。同轴结构光测量方法能够很好地避免了测量盲区，但是光轴附近的相位敏感度较低，测量精度不高，同时测量速度也是限制其应用的主要因素。上述方法受到自身固有特性的影响，视场、速度与精度仍存在局限性。因此，全视场无盲区、快速准确的三维测量方法具有广阔应用前景。

发明内容

本发明提供一种基于平面复眼和同轴结构光的三维测量系统及使用方法，其完善了现有检测手段的一些不足和局限性，实现全视场无盲区、快速准确的三维测量。

为实现上述目的，本发明所涉及的一种基于平面复眼和同轴结构光的三维测量系统及使用方法，用于测量被测物体，其装置包括投影仪、半透半反镜和平面复眼，所述投影仪中发出的结构光通过半透半反镜照射在被测物体上，经过被测物体反射后再次经过半透半反镜后成像在平面复眼中，所述平面复眼与计算机连通。

进一步地，所述平面复眼的一侧设有多个微透镜，所述平面复眼的另一侧设有图像传感器，所述被测物体反射后的结构光通过半透半反镜、微透镜后照射在图像传感器上，所述图像传感器将所呈图像传输至计算机中。

进一步地，所述平面复眼内还设有多个孔径光阑，所述结构光依次通过微透镜和孔径光阑后照射在图像传感器上。其三者所在平面相互平行，为了保证平面复眼的成像范围内无盲区，相邻通道间的视场相互重叠，但其对应的成像区域相互独立。利用平面复眼多通道间的约束关系，可实现对结构光图像的快速准确分析；利用多通道间重叠视场的冗余信息，对低相位敏感区域进行校正。

更进一步地，所述投影仪水平布置，所述半透半反镜与水平面夹角为45°，所述平面复眼垂直布置在半透半反镜正上方，所述被测物体垂直布置在半透半反镜正下方。

一种基于平面复眼和同轴结构光的三维测量系统的使用方法，包括如下步骤：

步骤1：投影仪发出结构光首先通过半透半反镜的折射作用，照射在被测物体表面；

步骤2：结构光在被测物体表面反射后，再次通过半透半反镜，成像在平面复眼上，并将结构光图像传输至计算机；

步骤3：计算机分析处理结构光图像，恢复出结构光图像的绝对相位分布，并根据三角关系计算出被测物体的三维轮廓。

作为优选项，所述步骤3中，所述被测物体的三维轮廓的计算方法为：

通过构建同轴光系统的投影与成像光路，根据光线追踪原理，对于一定的三维分布，分析被测物体表面的成像相位分布公式为：

其中，为相位分布， Z_x,y为三维信息，T为投影条纹周期，代表系统的焦距等光学参数。