一種復(fù)雜表面物體體積的非接觸式光學(xué)測量方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種復(fù)雜表面物體體積的非接觸式光學(xué)測量方法及裝置，該裝置包括投影鏡頭垂直向下的微型投影儀，所述微型投影儀的正下方設(shè)有用來投射出環(huán)狀結(jié)構(gòu)光的第一雙側(cè)遠心鏡頭，所述第一雙側(cè)遠心鏡頭的正下方設(shè)有用于放置待測復(fù)雜物體的旋轉(zhuǎn)載物臺，所述旋轉(zhuǎn)載物臺的旁側(cè)設(shè)有第二雙側(cè)遠心鏡頭，所述第二雙側(cè)遠心鏡頭的旁側(cè)設(shè)有位于其焦平面上的CCD攝像機。本發(fā)明突破先前體積測量之前做三維重構(gòu)這一步驟，以此達到更高的精度；不僅可以測量漫反射，而且可以測量類似于橡皮泥等復(fù)雜物體表面；為獲得非接觸式精確物體體積的測量提供了一種可靠的技術(shù)裝置和方法。
【專利說明】一種復(fù)雜表面物體體積的非接觸式光學(xué)測量方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)雜表面物體體積的非接觸式光學(xué)測量方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)三維測量技術(shù)是集光、機、電和計算機技術(shù)于一體的智能化、可視化的高新技術(shù)，主要用于對物體空間外形和結(jié)構(gòu)進行掃描，以得到物體的三維輪廓，獲得物體表面點的三維空間坐標(biāo)。傳統(tǒng)的非接觸式光學(xué)三維測量技術(shù)主要有飛行時間法、干涉法和三角法三種。
[0003]飛行時間法是基于三維面形對結(jié)構(gòu)光束產(chǎn)生的時間調(diào)制，一般采用激光，通過測量光波的飛行時間來獲得距離信息，結(jié)合附加的掃描裝置使光脈沖掃描整個待測對象就可以得到三維數(shù)據(jù)。飛行時間法以對信號檢測的時間分辨率來換取距離測量精度，要得到高的測量精度，測量系統(tǒng)必須要有極高的時間分辨率，常用于大尺度遠距離的測量。
[0004]干涉法是將一束相干光通過分光系統(tǒng)分成測量光和參考光，利用測量光波與參考光波的相干疊加來確定兩束光之間的相位差，從而獲得物體表面的深度信息。這種方法測量精度高，但測量范圍受到光波波長的限制，只能測量微觀表面的形貌和微小位移，不適于大尺度物體的檢測。
[0005]光學(xué)三角法是比較常用的一種光學(xué)三維測量技術(shù)，以傳統(tǒng)的三角測量為基礎(chǔ)，通過待測點相對于光學(xué)基準(zhǔn)線偏移產(chǎn)生的角度變化計算該點的深度信息。根據(jù)具體照明方式的不同，光學(xué)三角法可分為兩大類:被動三角法和基于結(jié)構(gòu)光的主動三角法。雙目視覺是典型的被動三維測量技術(shù)，它的優(yōu)點在于其適應(yīng)性強，可以在多種條件下靈活地測量物體的立體信息，缺點是需要大量的相關(guān)匹配運算以及較為復(fù)雜的空間幾何參數(shù)的校準(zhǔn)等問題，測量精度低，計算量較大，不適于精密計量，常用于三維目標(biāo)的識別、理解以及位形分析等場合，在航空領(lǐng)域應(yīng)用較多。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)雜表面物體體積的非接觸式光學(xué)測量方法及裝置，不僅測量可靠、精度高，而且測量對象范圍更廣。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案一是:一種復(fù)雜表面物體體積的非接觸式光學(xué)測量裝置，包括投影鏡頭垂直向下的微型投影儀，所述微型投影儀的正下方設(shè)有用來投射出環(huán)狀結(jié)構(gòu)光的第一雙側(cè)遠心鏡頭，所述第一雙側(cè)遠心鏡頭的正下方設(shè)有用于放置待測復(fù)雜物體的旋轉(zhuǎn)載物臺，所述旋轉(zhuǎn)載物臺的旁側(cè)設(shè)有第二雙側(cè)遠心鏡頭，所述第二雙側(cè)遠心鏡頭的旁側(cè)設(shè)有位于其焦平面上的CXD攝像機。
[0008]進一步的，所述旋轉(zhuǎn)載物臺的下面固定有用于精密控制其旋轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)控制板，所述旋轉(zhuǎn)控制板的周緣部均勻分布有多個通光孔，所述旋轉(zhuǎn)控制板的旁側(cè)還設(shè)有透射式光耦傳感器，所述透射式光耦傳感器的發(fā)射端和接收端對稱位于旋轉(zhuǎn)控制板的上下方以正對著一通光孔。
[0009]進一步的，所述旋轉(zhuǎn)控制板呈正方形，其四個邊緣部中間分別開設(shè)有通光孔。
[0010]進一步的，所述旋轉(zhuǎn)控制板固定于支撐架上以支撐旋轉(zhuǎn)載物臺。
[0011]進一步的，所述微型投影儀固定于支架上。
[0012]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案二是:一種復(fù)雜表面物體體積的非接觸式光學(xué)測量方法，采用如上所述的非接觸式光學(xué)測量裝置，將待測復(fù)雜物體放置于旋轉(zhuǎn)載物臺上，并按以下步驟進行:
(1)利用微型投影儀投射具有等間距的黑白環(huán)狀結(jié)構(gòu)光，經(jīng)第一雙側(cè)遠心鏡頭后平行出射到待測復(fù)雜物體上，出射的環(huán)狀結(jié)構(gòu)光由于復(fù)雜物體表面的不規(guī)則調(diào)制而產(chǎn)生表面紋理；
(2)利用CXD攝像機，通過第二雙側(cè)遠心鏡頭對復(fù)雜物體表面產(chǎn)生的紋理圖像進行攝取；
(3)對攝取的圖片進行分析處理，利用計算機編寫的體積算法程序計算復(fù)雜物體的部分體積；
(4)轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)載物臺，每次轉(zhuǎn)過360/n度；
(5)重復(fù)進行η-1次步驟(2)、(3)、(4)的測量，直到旋轉(zhuǎn)載物臺剛好旋轉(zhuǎn)一周；
(6)對所得到的η部分體積進行后處理，求得復(fù)雜物體體積。
[0013]進一步的，在步驟(3)中，由于所攝取的圖片是復(fù)雜物體截面積的一半，因此對其進行二值化與邊緣檢測后利用體積積分算法得到一部分體積。
[0014]進一步的，在步驟(4)中，利用透射式光耦傳感器對旋轉(zhuǎn)載物臺的旋轉(zhuǎn)角度進行精確控制。
[0015]進一步的，在旋轉(zhuǎn)載物臺的下面固定一周緣部均勻分布有η個通光孔的旋轉(zhuǎn)控制板，在旋轉(zhuǎn)控制板的上下方對稱設(shè)置透射式光耦傳感器的發(fā)射端和接收端以正對著一通光孔，當(dāng)通光孔有光信號輸出時便能精密控制每次轉(zhuǎn)過的角度。
[0016]進一步的，在步驟(6)中，所述的后處理是求和后除以η/2。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:該裝置突破之前有一定體積測量的結(jié)構(gòu)特點，創(chuàng)新性地提出了投射出黑白等距投影環(huán)形結(jié)構(gòu)光通過雙側(cè)遠心鏡頭，平行度高，圖像銳度高，投影儀與攝像機形成正交光路，通過手動或電動轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)載物臺配合環(huán)形結(jié)構(gòu)光，突破先前體積測量之前做三維重構(gòu)這一步驟，以此達到更高的精度；該裝置不僅可以測量漫反射，而且可以測量類似于橡皮泥等復(fù)雜物體表面；為獲得非接觸式精確物體體積的測量提供了一種可靠的技術(shù)裝置和方法。
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步詳細的說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為環(huán)狀結(jié)構(gòu)光的截面圖。
[0021]圖3為旋轉(zhuǎn)控制板與透射式光耦傳感器的配合圖。
[0022]圖4為旋轉(zhuǎn)控制板的俯視圖。
[0023]圖中:1-微型投影儀，2-第一雙側(cè)遠心鏡頭，3-環(huán)狀結(jié)構(gòu)光，4-待測復(fù)雜物體，5-旋轉(zhuǎn)載物臺，6-旋轉(zhuǎn)控制板，61-通光孔，7-透射式光耦傳感器，71-發(fā)射端，72-接收端，8-支撐架，9-第二雙側(cè)遠心鏡頭，1-CXD攝像機。

【具體實施方式】
[0024]如圖廣2所示，一種復(fù)雜表面物體體積的非接觸式光學(xué)測量裝置，包括投影鏡頭垂直向下的微型投影儀1，所述微型投影儀I的正下方設(shè)有用來投射出環(huán)狀結(jié)構(gòu)光3的第一雙側(cè)遠心鏡頭2，所述第一雙側(cè)遠心鏡頭2的正下方設(shè)有用于放置待測復(fù)雜物體4的旋轉(zhuǎn)載物臺5，所述旋轉(zhuǎn)載物臺5的旁側(cè)設(shè)有第二雙側(cè)遠心鏡頭9，所述第二雙側(cè)遠心鏡頭9的旁側(cè)設(shè)有位于其焦平面上的CXD攝像機10。
[0025]在本實施例中，所述旋轉(zhuǎn)載物臺5的下面固定有用于精密控制其旋轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)控制板6，所述旋轉(zhuǎn)控制板6的周緣部均勻分布有多個通光孔61 ;如圖3所示，所述旋轉(zhuǎn)控制板6的旁側(cè)還設(shè)有透射式光耦傳感器7，所述透射式光耦傳感器7的發(fā)射端71 (即激光發(fā)射器)和接收端72 (即激光接收器)對稱位于旋轉(zhuǎn)控制板6的上下方以正對著一通光孔61。
[0026]在本實施例中，如圖3?4所示，所述旋轉(zhuǎn)控制板6呈正方形，其四個邊緣部中間分別開設(shè)有通光孔61，即旋轉(zhuǎn)控制板6邊緣部均勻分布4個通光孔61，但并不局限于此。所述微型投影儀I固定于支架上，所述旋轉(zhuǎn)控制板6固定于支撐架8上以支撐旋轉(zhuǎn)載物臺5，通過旋轉(zhuǎn)支撐架8即可轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)載物臺5。
[0027]如圖f 4所示，一種復(fù)雜表面物體體積的非接觸式光學(xué)測量方法，采用如上所述的非接觸式光學(xué)測量裝置，將待測復(fù)雜物體4放置于旋轉(zhuǎn)載物臺5上，并按以下步驟進行:
(1)利用微型投影儀I投射具有等間距的黑白環(huán)狀結(jié)構(gòu)光3，經(jīng)第一雙側(cè)遠心鏡頭2后平行出射到待測復(fù)雜物體4上，出射的環(huán)狀結(jié)構(gòu)光3由于復(fù)雜物體表面的不規(guī)則調(diào)制而產(chǎn)生表面紋理；
(2)利用CXD攝像機10，通過第二雙側(cè)遠心鏡頭9對復(fù)雜物體表面產(chǎn)生的紋理圖像進行攝?。?br> (3)對攝取的圖片進行分析處理，利用計算機編寫的體積算法程序計算復(fù)雜物體的部分體積；
(4)轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)載物臺5，每次轉(zhuǎn)過360/n度；
(5)重復(fù)進行η-l次步驟(2)、(3)、(4)的測量，直到旋轉(zhuǎn)載物臺5剛好旋轉(zhuǎn)一周；
(6)對所得到的η部分體積進行后處理，求得復(fù)雜物體體積。
[0028]在步驟(3)中，由于所攝取的圖片是復(fù)雜物體截面積的一半，因此對其進行二值化與邊緣檢測后利用現(xiàn)有的體積積分算法得到一部分體積。
[0029]在步驟(4)中，可利用透射式光耦傳感器7對旋轉(zhuǎn)載物臺5的旋轉(zhuǎn)角度進行精確控制，具體是:在旋轉(zhuǎn)載物臺5的下面固定一周緣部均勻分布有η個通光孔61的旋轉(zhuǎn)控制板6，在旋轉(zhuǎn)控制板6的上下方對稱設(shè)置透射式光耦傳感器7的發(fā)射端71和接收端72以正對著一通光孔61，當(dāng)通光孔61有光信號輸出時便能精密控制每次轉(zhuǎn)過的角度。
[0030]在步驟(6)中，所述的后處理是求和后除以η/2。
[0031]在本實施例中，在步驟(4)中每次轉(zhuǎn)過90度，在步驟(5)中重復(fù)進行三次步驟(2)、
(3)、(4)的測量，在步驟(6)中對所得到的四部分體積進行后處理，即求和后除以二。當(dāng)然，η的取值并不局限于此，還可以取3、5?8等整數(shù)。
[0032]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)雜表面物體體積的非接觸式光學(xué)測量裝置，其特征在于:包括投影鏡頭垂直向下的微型投影儀，所述微型投影儀的正下方設(shè)有用來投射出環(huán)狀結(jié)構(gòu)光的第一雙側(cè)遠心鏡頭，所述第一雙側(cè)遠心鏡頭的正下方設(shè)有用于放置待測復(fù)雜物體的旋轉(zhuǎn)載物臺，所述旋轉(zhuǎn)載物臺的旁側(cè)設(shè)有第二雙側(cè)遠心鏡頭，所述第二雙側(cè)遠心鏡頭的旁側(cè)設(shè)有位于其焦平面上的CXD攝像機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜表面物體體積的非接觸式光學(xué)測量裝置，其特征在于:所述旋轉(zhuǎn)載物臺的下面固定有用于精密控制其旋轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)控制板，所述旋轉(zhuǎn)控制板的周緣部均勻分布有多個通光孔，所述旋轉(zhuǎn)控制板的旁側(cè)還設(shè)有透射式光耦傳感器，所述透射式光耦傳感器的發(fā)射端和接收端對稱位于旋轉(zhuǎn)控制板的上下方以正對著一通光孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)雜表面物體體積的非接觸式光學(xué)測量裝置，其特征在于:所述旋轉(zhuǎn)控制板呈正方形，其四個邊緣部中間分別開設(shè)有通光孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜表面物體體積的非接觸式光學(xué)測量裝置，其特征在于:所述旋轉(zhuǎn)控制板固定于支撐架上以支撐旋轉(zhuǎn)載物臺。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜表面物體體積的非接觸式光學(xué)測量裝置，其特征在于:所述微型投影儀固定于支架上。
6.一種復(fù)雜表面物體體積的非接觸式光學(xué)測量方法，其特征在于:采用權(quán)利要求1所述的非接觸式光學(xué)測量裝置，將待測復(fù)雜物體放置于旋轉(zhuǎn)載物臺上，并按以下步驟進行: (1)利用微型投影儀投射具有等間距的黑白環(huán)狀結(jié)構(gòu)光，經(jīng)第一雙側(cè)遠心鏡頭后平行出射到待測復(fù)雜物體上，出射的環(huán)狀結(jié)構(gòu)光由于復(fù)雜物體表面的不規(guī)則調(diào)制而產(chǎn)生表面紋理； (2)利用CXD攝像機，通過第二雙側(cè)遠心鏡頭對復(fù)雜物體表面產(chǎn)生的紋理圖像進行攝取； (3)對攝取的圖片進行分析處理，利用計算機編寫的體積算法程序計算復(fù)雜物體的部分體積； (4)轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)載物臺，每次轉(zhuǎn)過360/n度； (5)重復(fù)進行η-l次步驟(2)、(3)、(4)的測量，直到旋轉(zhuǎn)載物臺剛好旋轉(zhuǎn)一周； (6)對所得到的η部分體積進行后處理，求得復(fù)雜物體體積。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)雜表面物體體積的非接觸式光學(xué)測量方法，其特征在于:在步驟(3)中，由于所攝取的圖片是復(fù)雜物體截面積的一半，因此對其進行二值化與邊緣檢測后利用體積積分算法得到一部分體積。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)雜表面物體體積的非接觸式光學(xué)測量方法，其特征在于:在步驟(4)中，利用透射式光耦傳感器對旋轉(zhuǎn)載物臺的旋轉(zhuǎn)角度進行精確控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的復(fù)雜表面物體體積的非接觸式光學(xué)測量方法，其特征在于:在旋轉(zhuǎn)載物臺的下面固定一周緣部均勻分布有η個通光孔的旋轉(zhuǎn)控制板，在旋轉(zhuǎn)控制板的上下方對稱設(shè)置透射式光耦傳感器的發(fā)射端和接收端以正對著一通光孔，當(dāng)通光孔有光信號輸出時便能精密控制每次轉(zhuǎn)過的角度。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)雜表面物體體積的非接觸式光學(xué)測量方法，其特征在于:在步驟(6)中，所述的后處理是求和后除以η/2。
【文檔編號】G01B11/00GK104197837SQ201410480881
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】楊洪欽, 徐進, 余建安, 邱澤文, 謝樹森 申請人:福建師范大學(xué)