專利名稱：一種幾何形狀及表面色彩實(shí)時(shí)成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種幾何形狀及表面色彩實(shí)時(shí)成像裝置，屬于光學(xué)測(cè)量與計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
主動(dòng)視覺的三維測(cè)量方法是一種非接觸式的三維測(cè)量，由于主動(dòng)視覺的測(cè)量具測(cè)量速度快、測(cè)量點(diǎn)云密度高和低成本等優(yōu)點(diǎn)，近年得到了迅速發(fā)展，廣泛用于在線檢測(cè)、逆向工程、虛擬現(xiàn)實(shí)、機(jī)器人導(dǎo)航等。主動(dòng)視覺的硬件設(shè)備主要包含一個(gè)投影裝置和一個(gè)相機(jī)組成，投影裝置向空間被測(cè)物體投射一系列的編碼圖像，由于物體輪廓高度變化造成投射在物體表面的圖像產(chǎn)生變形，相機(jī)采集變形的圖像進(jìn)行分析進(jìn)而計(jì)算出被測(cè)物體表面每個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。2010 年，《PATTERN RECOGNITION》第 43 卷第 2 號(hào)“A state of the art instructured light patterns for surface profilometry一文中第 2666 - 2680頁中詳細(xì)地介紹了現(xiàn)有的投射圖像的常用編碼方法。中國專利公開號(hào)CN228526A，
公開日1999年9月15日，發(fā)明專利《一種快速投影結(jié)構(gòu)光德三維輪廓相位測(cè)量》，公開了一種快速三維輪廓掃描方法。中國專利公開號(hào)CN101571661A，
公開日2009年11月4日，發(fā)明專利《一種三維實(shí)時(shí)攝像中的結(jié)構(gòu)光方法》，該方法采用初始模式(IP)和細(xì)節(jié)模式(DP)結(jié)構(gòu)光的編碼方法實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)測(cè)量。但是現(xiàn)有方法的不足之處是:上述方法僅僅獲得了被測(cè)物體的三維形狀，但是丟失了物體表面的色彩信息。在某些行業(yè)不僅要求獲取被測(cè)表面的三維形貌數(shù)據(jù)，還需要獲取被測(cè)物體表面的紋理及顏色信息，如動(dòng)畫設(shè)計(jì)、文物鑒賞、逆向工程、虛擬現(xiàn)實(shí)等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種幾何形狀及表面色彩實(shí)時(shí)成像裝置，該裝置獲取的彩色三維模型不僅提供了精確的物體形狀，而且給出了逼真的顏色與紋理信息。為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種幾何形狀及表面色彩實(shí)時(shí)成像裝置，其包括近紅外光源、DMD投影模塊、分光鏡、近紅外相機(jī)、彩色相機(jī)和計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過10采集卡控制DMD投影模塊產(chǎn)生不同的近紅外編碼光線投射到空間被測(cè)物體，經(jīng)物體反射的反射光線經(jīng)過分光鏡被分成兩路，其中近紅外光進(jìn)入近紅外相機(jī)，可見光進(jìn)入彩色相機(jī)，近紅外相機(jī)和彩色相機(jī)獲得圖像通過圖像采集卡輸入到計(jì)算機(jī)中，近紅外相機(jī)的圖像用于被測(cè)物體的三維坐標(biāo)計(jì)算，彩色相機(jī)的圖像用于顯示被測(cè)物體的表面紋理和色彩。本發(fā)明裝置向被測(cè)的物體主動(dòng)投射一定的近紅外編碼圖案，被測(cè)物體表面反射的近紅外光與可見光分別被近紅外相機(jī)和彩色相機(jī)捕獲用于被測(cè)物體的三維坐標(biāo)計(jì)算與物體表面顏色。所述計(jì)算機(jī)通過10采集卡同步控制DMD投影模塊的編碼光線投射以及近紅外相機(jī)、彩色相機(jī)的圖像米集。
所述彩色相機(jī)為CCD相機(jī)或CMOS相機(jī)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是:第一，投射的圖像采用近紅外光，同時(shí)被物體表面反射的近紅外光與可見光被分光鏡分成近紅外光和可見光；近紅外光用于被測(cè)物體的三維坐標(biāo)計(jì)算；可見光用于顯示被測(cè)物體的表面紋理和色彩。現(xiàn)有技術(shù)中只有對(duì)物體表面形狀的測(cè)量，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)物體表面顏色的采集。且投射編碼圖案采用可見光，對(duì)于有顏色物體的測(cè)量會(huì)降低穩(wěn)定性。所以本發(fā)明所述的采用的近紅外編碼圖像，是區(qū)別現(xiàn)有裝置的創(chuàng)新點(diǎn)之一。通過近紅外編碼光線的投射，該裝置不僅可以獲得被測(cè)物體的三維坐標(biāo)計(jì)算，而且能夠獲得被測(cè)物體的表面紋理和色彩。第二，近紅外光與可見光為同一傳播路徑，經(jīng)過分光鏡分成兩路光分別進(jìn)入近紅外相機(jī)和進(jìn)入彩色相機(jī)。由于近紅外光與可見光為同一傳播路徑，所以近紅外相機(jī)與彩色相機(jī)的相同坐標(biāo)的像素對(duì)應(yīng)于被測(cè)物體表面的同一個(gè)點(diǎn)，這樣的話，近紅外相機(jī)與彩色相機(jī)的像素為一一對(duì)應(yīng)，避免匹配從而加快了測(cè)量速度。同時(shí)，最終獲得的顏色三維模型是兩個(gè)相機(jī)的公有部分，由于近紅外光與可見光為同一傳播路徑，所以兩個(gè)相機(jī)的視野完全一致，大大增加了測(cè)量范圍。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖1為本發(fā)明幾何形狀及表面色彩實(shí)時(shí)成像裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，一種幾何形狀及表面色彩實(shí)時(shí)成像裝置，包括沿光線傳播方向依次配置功率為波長(zhǎng)為800nm的近紅外光源1、0.3WVGA的DLP投影模塊2、分光鏡3、HAMAMATSUC2400-79近紅外相機(jī)4、彩色相機(jī)5，還包括計(jì)算機(jī)6、圖像采集卡7、研華IO采集卡8 ;其中，計(jì)算機(jī)6通過IO采集卡8控制DMD投影模塊2產(chǎn)生四張四步相移的近紅外編碼圖像投射到空間被測(cè)物體；經(jīng)物體反射的反射光線經(jīng)過分光鏡3被分成兩路，其中近紅外光進(jìn)入近紅外相機(jī)4，可見光進(jìn)入彩色相機(jī)5。在IO采集卡8的控制下，近紅外相機(jī)4和DMD投影模塊2的完成同步，經(jīng)過圖像采集卡7，每四張近紅外圖像輸入到計(jì)算機(jī)6的過程中，一張可見光圖像也輸入到計(jì)算機(jī)6中，近紅外圖像的采集頻率是可見光圖像的四倍。然后四張近紅外相機(jī)4的圖像用于被測(cè)物體的三維坐標(biāo)計(jì)算，一張彩色相機(jī)5的圖像用于顯示被測(cè)物體的表面紋理和色彩。通過近紅外編碼光線的投射，該裝置不僅可以獲得被測(cè)物體的三維坐標(biāo)計(jì)算，而且能夠獲得被測(cè)物體的表面紋理和色彩。本發(fā)明中涉及的計(jì)算機(jī)也可以為嵌入式系統(tǒng)。上述實(shí)施例不以任何方式限制本發(fā)明，凡是采用等同替換或等效變換的方式獲得的技術(shù)方案均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種幾何形狀及表面色彩實(shí)時(shí)成像裝置，其特征在于包括近紅外光源(I )、DMD投影模塊(2)、分光鏡(3)、近紅外相機(jī)(4)、彩色相機(jī)(5)和計(jì)算機(jī)(6)，計(jì)算機(jī)(6)通過IO采集卡(8)控制DMD投影模塊(2)產(chǎn)生不同的近紅外編碼光線投射到空間被測(cè)物體，經(jīng)物體反射的反射光線經(jīng)過分光鏡(3)被分成兩路，其中近紅外光進(jìn)入近紅外相機(jī)(4)，可見光進(jìn)入彩色相機(jī)(5)，近紅外相機(jī)(4)和彩色相機(jī)(5)獲得圖像通過圖像采集卡(7)輸入到計(jì)算機(jī)(6)中，近紅外相機(jī)(4)的圖像用于被測(cè)物體的三維坐標(biāo)計(jì)算，彩色相機(jī)(5)的圖像用于顯示被測(cè)物體的表面紋理和色彩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種幾何形狀及表面色彩實(shí)時(shí)成像裝置，其特征在于:所述計(jì)算機(jī)(6 )通過IO采集卡(8 )同步控制DMD投影模塊(2 )的編碼光線投射以及近紅外相機(jī)(4)、彩色相機(jī)(5)的圖像采集。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種幾何形狀及表面色彩實(shí)時(shí)成像裝置，其特征在于:所述彩色相機(jī)(5)為CCD相機(jī)或CMOS相機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種幾何形狀及表面色彩實(shí)時(shí)成像裝置，其包括近紅外光源、DMD投影模塊、分光鏡、近紅外相機(jī)、彩色相機(jī)和計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過IO采集卡控制DMD投影模塊產(chǎn)生不同的近紅外編碼光線投射到空間被測(cè)物體，經(jīng)物體反射的反射光線經(jīng)過分光鏡被分成兩路，其中近紅外光進(jìn)入近紅外相機(jī)，可見光進(jìn)入彩色相機(jī)，近紅外相機(jī)和彩色相機(jī)獲得圖像通過圖像采集卡輸入到計(jì)算機(jī)中，近紅外相機(jī)的圖像用于被測(cè)物體的三維坐標(biāo)計(jì)算，彩色相機(jī)的圖像用于顯示被測(cè)物體的表面紋理和色彩；通過近紅外編碼光線的投射，該裝置不僅可以獲得被測(cè)物體的三維坐標(biāo)計(jì)算，而且能夠獲得被測(cè)物體的表面紋理和色彩。
文檔編號(hào)G01J3/46GK103196393SQ20131008219
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月14日
發(fā)明者徐靜, 高丙團(tuán) 申請(qǐng)人:南京楚通自動(dòng)化科技有限公司