專利名稱：光柵定位圖像掃描儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物體圖像掃描技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于在勘探現(xiàn)場對鉆探樣芯進行掃描成像的便攜式圖像掃描儀器。
背景技術(shù)：
鉆探是勘測石油資源、礦產(chǎn)資源，考察建筑物地基土壤條件的重要手段。目前國內(nèi)外常用環(huán)形鉆來鉆探獲取樣芯。樣芯是地質(zhì)工作人員獲取地下地質(zhì)信息的第一手資料，通過分析鉆探取得的樣芯，可以了解地層的主要物理機械性質(zhì)(如硬度、密度、孔隙等)以及礦產(chǎn)儲存。對于石油勘探從而可建立井底模式，為石油勘探和地理分析提供詳實的數(shù)據(jù)資料。在石油勘探中，所鉆取的樣芯為巖芯。傳統(tǒng)的巖芯處理方法是，將取得的巖芯經(jīng)過整理裝盒之后，放在巖芯庫內(nèi)進行保存、管理，供地質(zhì)人員研究之用。但是由于頻繁的采樣、照相、觀察和自然風化等因素，造成巖心錯亂、損壞，使得巖芯資料的完整性和準確性均受到一定程度的影響，不利于巖芯資料的再利用。因此，在鉆探現(xiàn)場采集和永久保留巖芯的物理狀態(tài)就顯得非常重要。宏觀巖芯掃描技術(shù)就是在這種情況下提出與產(chǎn)生的。
巖芯掃描成像技術(shù)是通過圖像掃描實現(xiàn)巖芯可視化，提供詳細直觀的巖心圖像資料，借助于應(yīng)用軟件對巖心的粒度、裂縫等特征進行分析和研究。此項技術(shù)主要是運用巖芯掃描儀對巖芯進行連續(xù)數(shù)字照相或采用掃描頭進行連續(xù)掃描，將采集到的信號送入微機進行軟件拼接處理成像，成像后可以永久保存巖芯信息。巖芯經(jīng)掃描和數(shù)字化處理后，可對巖芯開展深入細致地綜合分析和研究。從沉積學方面，可對沉積相、沉積物源、沉積環(huán)境等進行分析，以及對有機物的分布、含量和油儲進行分析研究；從構(gòu)造學方面，可對結(jié)構(gòu)、構(gòu)造活動和變形等進行分析；從礦產(chǎn)資源方面，可對礦物成分、含量、成因和控礦條件等進行研究。巖芯掃描成像技術(shù)的應(yīng)用，可避免建設(shè)巖芯庫，巖芯經(jīng)過圖像處理和數(shù)字化處理，方便保存、調(diào)用。
巖芯掃描成像技術(shù)的核心是掃描儀。德國在20世紀80年代開發(fā)出了巖芯數(shù)字掃描儀，如德國DMT公司生產(chǎn)的牌名為CORDSCAN數(shù)字巖芯掃描儀。中國從1998年開始引進這種儀器。近年一些從事教學與科研的單位，如四川大學、江漢石油學院對巖芯掃描技術(shù)進行了研究開發(fā)，并生產(chǎn)出了型號為YXCJ-4巖芯圖像掃描儀?，F(xiàn)有技術(shù)的巖芯掃描儀，它們的工作原理基本都如附圖1所示。圖像由CCD攝像頭(電荷偶合器件)或激光掃描頭與圖像采集卡完成。CCD攝像頭的運動則由計算機和數(shù)控驅(qū)動系統(tǒng)操縱步進電機運轉(zhuǎn)，經(jīng)減速機構(gòu)和運動執(zhí)行機構(gòu)完成。由計算機發(fā)出掃描命令，通過I/O接口板、數(shù)控驅(qū)動系統(tǒng)操縱步進電機旋轉(zhuǎn)，再經(jīng)減速器驅(qū)動運動執(zhí)行機構(gòu)，由位于執(zhí)行機構(gòu)上的CCD攝像頭完成對巖芯的掃描；CCD攝像頭掃描所得到的圖像信息返回計算機，由計算機完成圖像的拼接、縮放操作。成像機理所需的掃描運動是由數(shù)控系統(tǒng)、功放驅(qū)動器、步進電機、減速器、滾珠絲桿螺母和導(dǎo)軌滑塊組成的運動執(zhí)行機構(gòu)來完成。目前這些運動單元機構(gòu)均有成型產(chǎn)品，在體積上和重量上均難以小型化、輕型化。這也就導(dǎo)致了掃描儀整機體積大、重量重，難以實現(xiàn)野外操作。生產(chǎn)廠家為了適應(yīng)野外操作，雖然采取了用新型材料生產(chǎn)儀器架等元件，但由于運動成像機理的限制，卻難于實現(xiàn)儀器的便攜式。現(xiàn)有技術(shù)的巖芯掃描儀由于體積大，重量重，基本上均為固定安裝在實驗室內(nèi)的臺式圖像掃描儀，野外勘探獲取的巖芯須送至遠離鉆探現(xiàn)場的實驗室才能進行掃描成像。野外勘探地點一般不通路，即使通路一般也十分差，再加之路途遠，因此巖芯在運送過程中易發(fā)生破碎。巖芯一旦破碎，不但掃描成像比較困難，更為重要的是掃描成像獲得的信息不夠完整與準確，從而導(dǎo)致在付出辛勤勞動獲得的寶貴地質(zhì)信息資料的利用價值大受影響，甚至會導(dǎo)致得到錯誤的結(jié)論。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的圖像掃描儀存在的不足，本發(fā)明的目的旨在提供一種運動成像機理不同于現(xiàn)有技術(shù)的圖像掃描儀，在成像效果不低于現(xiàn)有技術(shù)掃描儀的條件下，其重量和體積可大幅度地降低，攜帶十分方便，可在勘探現(xiàn)場對鉆探獲取的樣芯進行圖像掃描的新型圖像掃描儀。
本發(fā)明的發(fā)明人對現(xiàn)有技術(shù)的圖像掃描儀進行了深入研究，找到了導(dǎo)致現(xiàn)有技術(shù)圖像掃描儀體積大、重量重的原因是由于其圖像攝像與掃描位移為一體化處理的成像機理所產(chǎn)生的結(jié)果。為了避免現(xiàn)有技術(shù)攜帶不方便這一不足，本發(fā)明采用了完全不同于現(xiàn)有技術(shù)圖像掃描儀的成像機理，開創(chuàng)性地提出了以光柵精密定位，將圖像攝像和掃描位移分離處理的成像機理。這也是本發(fā)明的最為主要的發(fā)明點。
為了實現(xiàn)本發(fā)明上述發(fā)明目的，圖像掃描儀可以采取以下技術(shù)方案光柵定位圖像掃描儀，主要由儀器架、直線導(dǎo)軌與導(dǎo)軌相配置的移動構(gòu)件、攝像頭，光柵定位裝置和便攜式計算機構(gòu)成。直線導(dǎo)軌安裝在儀器架上，攝像頭安置在移動構(gòu)件上，光柵定位裝置與被掃描物體對應(yīng)設(shè)置，光柵定位裝置和攝像頭分別通過I/O接口和采集卡與便攜式計算機電信號連接。
上述所說的直線導(dǎo)軌有兩條，兩條導(dǎo)軌位于同一水平面內(nèi)且平行安置。直線導(dǎo)軌與移動構(gòu)件通過滑動移動運動副配置在一起。
上述所說的攝像頭，既可直接安裝在移動構(gòu)件上，也可間接地安裝在移動構(gòu)件上。當為間接安裝時，可通過懸臂和立柱使攝像方向向下地安裝在移動構(gòu)件上。具體的安裝方式可為立柱與移動構(gòu)件固定安裝在一起，攝像頭直接固定安裝在懸臂上，懸臂又與立柱固定安裝在一起。為了使攝像頭的空間位置能夠調(diào)整，可以將立柱與移動構(gòu)件之間的固定安裝方式和立柱與懸臂之間的安裝方式中的至少一處設(shè)計成是可以調(diào)整的，同時最好也將攝像頭在懸臂上的安裝方式也設(shè)計成是可以調(diào)整的。
上述所說的光柵定位裝置可為通用的光柵定位裝置，即由光柵動尺、光柵定尺、讀數(shù)器和光電轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。光柵的具體安裝方式與被掃描成像物體的形狀有關(guān)，當被掃描物體為平面物體時，其光柵動尺可設(shè)置在移動構(gòu)件上，光柵定尺與光柵動尺相對應(yīng)地設(shè)置在儀器架上；當被掃描物體為圓柱形物體時，光柵動尺可設(shè)置在轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)件上，光柵定尺與光柵動尺相對應(yīng)地設(shè)置在支架上。
上述所說的攝像頭可以為CCD攝像頭，即電荷偶合器件，也可以為激光掃描頭。
本發(fā)明還設(shè)計有與圖像掃描儀配套使用的用于放置被掃描物體的工作臺。工作臺的具體結(jié)構(gòu)與被掃描物體的形狀相關(guān)。當被掃描物體的形狀為平面物體時，工作臺可以采用平面結(jié)構(gòu)的工作臺；當被掃描物體為圓柱形物體時，工作臺可設(shè)計成由底座和設(shè)置在底座上用于支承被掃描物體的兩個平行安置的支承轉(zhuǎn)輥構(gòu)成。
本發(fā)明的光柵定位圖像掃描儀在工作時，設(shè)置在移動構(gòu)件上的攝像頭的移動采用手動完成，由便攜式計算機通過光柵測量和記錄安裝攝像頭的移動構(gòu)件所在的精確位置，再由I/O接口板和串行口傳給計算機。位置精度可達0.5微米。計算機通過采集卡向攝像頭發(fā)出工作指令，攝像頭采集序列圖像。根據(jù)光柵記錄的位移量通過成像拼接軟件分別由計算機自動拼接重組巖芯圖像。這種光柵定位圖像掃描儀由于采用了光柵精密位移測量技術(shù)，實現(xiàn)了圖像和位移的分離處理，在成像機理上為便攜式掃描儀的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。它與原有圖像掃描儀相比較，節(jié)省了大量為完成同步掃描所需要的運動控制硬件，如數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動器、步進電機、減速器等。因此可以大幅度地減少圖像掃描儀的體積和重量。
本發(fā)明使用的由計算機自動拼接圖像的軟件為四川大學開發(fā)出售的圖像拼接軟件。
本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有以下比較突出的優(yōu)點由于本發(fā)明的掃描儀是利用光柵精確定位掃描，實現(xiàn)了圖像和位移的分離處理，攝像頭的位移運動采用手動移動，從而摒棄了原有掃描儀成像機理所需掃描運動的控制系統(tǒng)和龐大的運動執(zhí)行機構(gòu)，即減少了數(shù)控系統(tǒng)、功放驅(qū)動器、步進電機、減速器，以及由滾珠絲桿、螺母組成的運動執(zhí)行機構(gòu)。使掃描儀體積減小和重量減輕，真正能作到便攜，能在野外現(xiàn)場使用。這一點恰好是用戶最需要的。由于結(jié)構(gòu)大為簡單，制作更為容易，因此，價格也大為降低。
本發(fā)明在掃描儀的運動原理上有所創(chuàng)新，即利用光柵精確定位掃描，保證了攝像頭運動的準確定位，位置精度可達0.5微米，提高了掃描運動的定位精度。
采用光柵精確定位的硬件拼接技術(shù)和圖像拼接軟件進行圖像拼接，方法可靠，而且拼接過程快捷，保證巖芯掃描儀實時圖像拼接處理的要求。
本發(fā)明揭示的光柵精確定位掃描機理，它不僅可用于便攜式巖芯掃描儀，而且也可用于其它便攜式掃描儀。運動單元和控制單元均可制成分離模塊，以利于分體攜帶，現(xiàn)場安裝。
本發(fā)明的圖像掃描儀可用于在石油、礦藏、建筑地基等勘探現(xiàn)場對鉆探樣芯進行圖像掃描。也可用于對其他物體進行圖像掃描。
四

附圖1是現(xiàn)有技術(shù)的巖芯掃描儀的原理框圖。
附圖2是本發(fā)明的圖像掃描儀的原理框圖。
附圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖4-1是附圖1的A向結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖4-2是平面掃描物體的安放示意圖。
附圖5是圓柱掃描物體的安放示意圖。
在上述附圖中，1-攝像頭；2-立柱；3-移動構(gòu)件；4-直線導(dǎo)軌；5-支承架；6-光柵動尺；7-光柵定尺；8-電信號插座；9-底座；10-安放平面掃描物體的附件；11-平面掃描物體；12-平面結(jié)構(gòu)工作臺；13-安放圓柱掃描物體的附件；14-圓柱掃描物體；15-圓光柵裝置；16-支承轉(zhuǎn)輥；17-電信號插座。
五具體實施例方式
實施例1光柵定位圖像掃描儀的原理與結(jié)構(gòu)如附圖2、附圖3和附圖4所示，由儀器架、兩條直線導(dǎo)軌4、通過滑動移動運動副與導(dǎo)軌配置一起的滑動移動構(gòu)件3、CCD攝像頭1、光柵定位裝置和便攜式計算機構(gòu)成，CCD攝像頭通過懸臂和立柱2安裝在滑動移動構(gòu)件3上。CCD攝像頭具體安裝方式為沿懸臂位置可以調(diào)整的且攝像方向向下的固定安裝在懸臂上，懸臂與立柱固定安置在一起，而立柱上下可調(diào)地與滑動移動構(gòu)件固定安裝在一起，從而使CCD攝像頭的空間位置可以調(diào)整。兩條直線導(dǎo)軌4位于同一水平面內(nèi)且相互平行地安裝在儀器架的支架5上。光柵定位裝置為直線位移光柵定位裝置，其光柵動尺6設(shè)置在滑動移動構(gòu)件上，光柵定尺7與光柵動尺相對應(yīng)地設(shè)置在儀器架的底座9上，讀數(shù)器讀取的光信號由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電信號，由電信號輸出插座8經(jīng)I/O接口和串行口與便攜式計算機接通。CCD攝像頭通過ISA采集卡與便攜式計算機接通。與圖像掃描儀配套使用的用的附件為安放平面被掃描物體的附件10。被掃描物體為平面物體11，安放在平面結(jié)構(gòu)的工作臺12上，被掃描平面物體位于攝像頭的下方。被掃描物體的安放狀態(tài)如附圖4-2所示。操縱計算機自動進行圖像拼接的軟件采用的是四川大學開發(fā)出售的圖像拼接軟件。
實施例2本實施例的光柵定位圖像掃描儀的主體部分與實施例1基本相同，所不同的之一是光柵定位裝置為角位移圓光柵定位裝置，之二是與圖像掃描儀主體配套使用的附件，本實施例所使用的附件為安放圓柱被掃描物體的附件13。如附圖5所示。附件由支座和兩個平行安置在支座上的支承轉(zhuǎn)輥16構(gòu)成，圓柱形被掃描物體14由兩個支承轉(zhuǎn)輥支承，用于測量圓柱形被掃描物體角位移動的圓光柵裝置15的光柵動尺與被掃描物體安置在一起，光柵定尺與光柵動尺相對應(yīng)地安裝在工作臺上，讀數(shù)器讀取的光信號由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電信號，由設(shè)置工作臺上電信號輸出插座17，通過I/O接口、串行口與便攜式計算機接通。
本發(fā)明的具體實施方式
不限于實施例所描述的形式。
權(quán)利要求
1.一種光柵定位圖像掃描儀，其特征在于主要由儀器架、直線導(dǎo)軌、與導(dǎo)軌相配置的移動構(gòu)件、攝像頭、光柵定位裝置和便攜式計算機構(gòu)成，直線導(dǎo)軌安裝在儀器架上，攝像頭安置在移動構(gòu)件上，光柵定位裝置與被掃描物體對應(yīng)設(shè)置，光柵定位裝置和攝取像頭分別通過I/O接口和采集卡與便攜式計算機電信號連接。
2.如權(quán)利要求1所述的光柵定位圖像掃描儀，其特征在于所說的直線導(dǎo)軌為兩條位于同一水平面內(nèi)且平行安置的導(dǎo)軌。
3.如權(quán)利要2所述的光柵定位圖像掃描儀，其特征在于直線導(dǎo)軌與移動構(gòu)件通過滑動移動運動副配置在一起。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的光柵定位圖像掃描儀，其特征在于攝像頭通過懸臂和立柱攝像方向向下地安裝在移動構(gòu)件上。
5.如權(quán)利要求4所述的光柵定位圖像掃描儀，其特征在于立柱與移動構(gòu)件安裝在一起，立柱與懸臂安裝在一起，攝像頭可沿懸臂調(diào)節(jié)安裝位置地安裝在懸臂上，且在立柱與移動構(gòu)件之間和立柱與懸臂之間中之少一處的安裝為能使攝像頭的位置可上下調(diào)整。
6.如權(quán)利要求1或2所述的光柵定位圖像掃描儀，其特征在于所說光柵定位裝置由光柵動尺、光柵定尺、讀數(shù)器和光電轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求6所述的光柵定位圖像掃描儀，其特征在于當被掃描成像的物體為平面物體時，光柵動尺設(shè)置在移動構(gòu)件上，光柵定尺與光柵動尺相對應(yīng)地設(shè)置在儀器架上。
8.如權(quán)利要求6所述的光柵定位圖像掃描儀，其特征在于當被掃描成像的物體為圓柱形物體時，光柵動尺設(shè)置在轉(zhuǎn)動的物體上，光柵定尺與光柵動尺相對應(yīng)地設(shè)置在支架上。
9.適應(yīng)于權(quán)利要求1至8中任一個光柵定位圖像掃描儀的掃描物工作臺，其特征在于工作臺為平面結(jié)構(gòu)的工作臺。
10.適用于權(quán)利要求1至8中任一個光柵定位圖像掃描儀的掃描物工作臺，其特征在于工作臺由底座和設(shè)置在底座上用于支承圓柱形被掃描物的兩個平行安置的支承轉(zhuǎn)輥構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明是一種光柵定位圖像掃描儀，主要由儀器架、直線導(dǎo)軌、與導(dǎo)軌相配置的移動構(gòu)件、攝像頭、光柵定位裝置和便攜式計算機等構(gòu)成。攝像頭安置在移動構(gòu)件上，光柵定位裝置和攝像頭分別與便攜式計算機電信號連接。本發(fā)明的主要技術(shù)特點是掃描攝像與位移運動分離處理，省去了已有技術(shù)圖像掃描儀中的數(shù)控系統(tǒng)、功放驅(qū)動器、步進電機、減速器及由滾珠絲桿螺母組成的運動執(zhí)行機構(gòu)，使儀器的重量和體積大幅度減小，制造容易，價格降低。本發(fā)明可用于石油、礦藏、建筑地基等勘探過程中的鉆探樣芯的掃描成像。也可用于其他領(lǐng)域中的物體掃描成像。
文檔編號G01N21/17GK1554937SQ20031010410
公開日2004年12月15日 申請日期2003年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月23日
發(fā)明者樊慶文, 王小龍, 侯力, 李國軍, 肖華軍, 馬濟永 申請人:四川大學