[实用新型]结构光投影快速测量装置

说明书

本实用新型属于光电检测领域，具体涉及一种结构光投影快速测量装置。测量装置包括相机和布置在相机周围的光学投影系统，所述光学投影系统包括N个衍射光栅和与衍射光栅一一对应的N个光源，光源投影到光栅后产生正弦图案的相移条纹图；N个衍射光栅产生的N幅相移条纹图之间具有2π/N的相位差，N个光源分别通过同步电路与相机相连。本实用新型解决了现有的测量设备体积大、质量重且测量速度慢的技术问题。

技术领域

本实用新型属于光电检测领域，具体涉及一种结构光投影快速测量装置。

背景技术

结构光投影法是全场测量法，有测量速度快、精度高、测量系统结构简单、易于实现计算机控制等优点，结构光投影法通过投影系统将一组按一定规律分布的结构光条纹图(如正弦条纹)投影到被测物体表面，被测物体的高度对投影条纹的振幅和相位进行了调制，利用成像系统采集的变形结构光条纹图，采用一定的算法将变形条纹图中的高度信息解调出来，从而得到物体的三维轮廓。

结构光投影法测量设备多为相机加投影仪的组合，该设备占用较大的空间，体积大，质量重，不方便携带，而且测量速度较慢。

实用新型内容

本实用新型目的是提供一种结构光投影快速测量装置，解决了现有的测量设备体积大、质量重且测量速度慢的技术问题。

本实用新型的技术解决方案是：一种结构光投影快速测量装置，其特殊之处在于：包括相机和布置在相机周围的光学投影系统，所述光学投影系统包括N个衍射光栅和与衍射光栅一一对应的N个光源，光源投影到光栅后产生正弦图案的相移条纹图；N个衍射光栅产生的N幅相移条纹图之间具有2π/N的相位差，N个光源分别通过同步电路与相机相连。

进一步地，上述衍射光栅的中心设置有全透光圆孔，利用通过此圆孔的光线和标定板信息联立解算相机和衍射光栅的位置和姿态关系，为最终准确求得三维重建结果提供参数。

进一步地，N个衍射光栅相互平行设置。

进一步地，上述光学投影系统中的衍射光栅的数量为四个。

进一步地，上述光学投影系统呈矩形布置，四个衍射光栅分别位于矩形的四个顶点，所述相机位于矩形的中心。

本实用新型还提供一种结构光投影快速测量方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)搭建结构光投影快速测量装置；

2)标定N个衍射光栅与相机之间的距离和角度关系，标定相机的内参数；

3)控制N个光源依次发光，光学投影系统向待测物体投影正弦图案的相移条纹图，相机对待测物体进行同步拍照采集得到N幅图像；

4)利用N步相移法求解变形相移条纹图的相位分布，求得物体的包裹相位；

5)利用相位解包裹技术，将包裹相位恢复为完整的连续的相位；

6)利用步骤2)中的标定结果，将步骤5)得到的相位信息转化为真实的待测物体三维轮廓信息。

进一步地，步骤2)中衍射光栅与相机之间的距离和角度关系的标定方法是：将标定板摆放若干不同位置和姿态，同时记录衍射光栅中圆心光线与标定板交点在相机拍摄的图像，联立光线方程和每幅图像中标定板平面在相机坐标系下的方程求得每个衍射光栅和相机之间的距离和角度关系。

进一步地，步骤2)中标定相机内参数的方法是通过拍摄多幅标定板图像进行解算。

进一步地，步骤5)中采用的相位解包裹技术为最小费用最大流算法。