三維物體測量的光強自適應(yīng)控制器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種三維物體測量的光強自適應(yīng)控制器。三維掃描測量由計算機控制，計算機全部接受圖像后，再進行編碼及恢復(fù)三維圖像。操作過程繁瑣，存在數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。本實用新型組成包括：測量外殼（1）以及下部依次安裝的光源箱（2）、角度調(diào)節(jié)裝置（3）、轉(zhuǎn)動底座（4）和三腿升降支架（5）；測量外殼內(nèi)安裝CMOS攝像儀（6）、投影儀（7）和控制電路板（8），所述的控制電路板上集成FPGA芯片（9），及其連接的圖像采集系統(tǒng)（10）、D/A轉(zhuǎn)換器（11）、存儲單元（12）、以太網(wǎng)接口控制單元（13）、PWM波動控制單元（14）、時鐘電路（15）和LED光源（16）。本實用新型應(yīng)用于三維物體測量的光強控制裝置。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種三維物體測量的光強自適應(yīng)控制器。 三維物體測量的光強自適應(yīng)控制器

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著技術(shù)的進步，尤其是電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，"數(shù)字化生存"已經(jīng) 不僅僅是一句口號，而是正在變?yōu)楝F(xiàn)實。人們經(jīng)常需要迅速地獲得物體表面的立體信息，將 其轉(zhuǎn)變成計算機能直接處理的數(shù)據(jù)。工業(yè)界要求能快速地測量物體表面的三維坐標，科技 工作者在三維彩色圖像信息處理，三維物體識別的研究中需要快速獲得大量的三維數(shù)據(jù)， 這些都面臨著如何獲取三維信息數(shù)據(jù)。如果說"數(shù)字化生存"是時代的潮流，那么真實世界 信息的數(shù)字化則是"數(shù)字化生存"的基礎(chǔ)。這時，三維信息獲取技術(shù)將顯示其不可替代的重 要作用。
[0003] 三維信息獲取技術(shù)，又稱為三維數(shù)字化技術(shù)，它是研究快速獲取物體表面空間坐 標，得到物體三維數(shù)字化模型的方法，始終是計算機領(lǐng)域研究熱點之一。這一技術(shù)的研究涉 及光學、計算機視覺、圖像處理、機器人學、生物視覺、人工智能等理論，具有重要的理論意 義和廣闊的應(yīng)用前景。CAD/CAM技術(shù)的迅速發(fā)展，使得汽車、模具、航空等工業(yè)在復(fù)雜自由 曲面的設(shè)計方面的應(yīng)用越來越廣泛。而作為三維信息獲取技術(shù)的一個應(yīng)用領(lǐng)域反求工程， 又稱為逆向工程（Reverse Engineering),即從實物模型重建數(shù)學模型的過程，是CAD/CAM 領(lǐng)域的一個新的研究分支，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展為當今世界各國研究的熱門課題。要從實物設(shè)計 加工出新產(chǎn)品，主要有兩步：對實物進行測量并建立實物的CAD模型；根據(jù)CAD模型編輯修 改生成加工路徑、加工出新產(chǎn)品或直接從測量數(shù)據(jù)生成加工路徑實現(xiàn)對實物模型的復(fù)現(xiàn)產(chǎn) 品。進入二十世紀九十年代以來，出現(xiàn)了一些商品化的三維信息獲取裝置--三維掃描儀， 它能直接對三維實物進行立體掃描，獲取其數(shù)字化立體彩色模型。由于它可以得到物體表 面的深度信息，其在工業(yè)、機器人視覺、軍事偵察、地質(zhì)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。
[0004] 但對物體進行三維掃描測量過程中都是由計算機控制，直接輸出所需要的光柵條 紋，利用攝像機直接采集數(shù)據(jù)到圖像采集卡，每一幅圖像直接傳輸給計算機，圖像全部接受 后，再進行編碼及恢復(fù)三維圖像。操作過程繁瑣，存在數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實用新型的目的是提供一種三維物體測量的光強自適應(yīng)控制器。
[0006] 上述的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0007] -種三維物體測量的光強自適應(yīng)控制器，其組成包括：測量外殼，所述的測量外 殼底部安裝光源箱，所述的光源箱底部安裝角度調(diào)節(jié)裝置，所述的角度調(diào)節(jié)裝置底部安裝 轉(zhuǎn)動底座，所述的轉(zhuǎn)動底座底部連接三腿升降支架；所述的測量外殼內(nèi)安裝CMOS攝像儀、 投影儀和控制電路板，所述的控制電路板上集成EP3C16F484C8型FPGA芯片、以及所述的 EP3C16F484C8型FPGA芯片連接的圖像采集系統(tǒng)、ADV7123型D/A轉(zhuǎn)換器、存儲單元、以太網(wǎng) 接口控制單元、PWM波動控制單元和時鐘電路，所述的EP3C16F484C8型FPGA芯片還連接所 述的光源箱內(nèi)的LED光源；其中，所述的圖像采集系統(tǒng)連接所述的CMOS攝像儀；所述的D/ A轉(zhuǎn)換器連接VGA接口，所述的VGA接口連接所述的投影儀；所述的以太網(wǎng)接口控制單元連 接以太網(wǎng)接口。
[0008] 所述的三維物體測量的光強自適應(yīng)控制器，所述的EP3C16F484C8型FPGA芯片包 括RAM模塊、通信模塊、D/A控制模塊和PWM波模塊，所述的EP3C16F484C8型FPGA芯片通 過所述的PWM波模塊連接所述的LED光源。
[0009] 所述的三維物體測量的光強自適應(yīng)控制器，所述的圖像采集系統(tǒng)包括光強檢測單 元、數(shù)據(jù)量化編碼單元和CMOS控制單元。
[0010] 所述的三維物體測量的光強自適應(yīng)控制器，所述的CMOS攝像儀的CMOS攝像頭和 所述的投影儀的投影鏡頭從所述的測量外殼的前側(cè)表面伸出，所述的測量外殼左右兩側(cè)安 裝通風罩。
[0011] 本實用新型的有益效果：
[0012] 本實用新型利用同一測量外殼內(nèi)安裝的CMOS攝像儀、投影儀和控制電路板對光 柵條紋進行投影和圖像采集，測量外殼前表面安裝的CMOS攝像頭和投影儀鏡頭能夠隨其 獲取、投影于不同堅直方向，此操作通過測量外殼與轉(zhuǎn)動底座間的角度調(diào)節(jié)裝置控制，而角 度調(diào)節(jié)裝置固定安裝于轉(zhuǎn)動底座上，能夠?qū)崿F(xiàn)水平360°轉(zhuǎn)動，當三腿升降支架固定后通過 轉(zhuǎn)動底座的轉(zhuǎn)動控制實現(xiàn)CMOS攝像頭和投影儀鏡頭在任意水平方向上的獲取和投影。由 于本實用新型的控制電路板上集成嵌入式FPGA芯片來完成光柵條紋的生成，再通過VGA接 口輸出，利用CMOS攝像頭直接采集圖片，采集圖片后進行實時編碼，即每采集一幅圖片實 時在嵌入式中量化并編碼，將多幅圖片依次按低位到高位編排，形成編碼數(shù)據(jù)，再將編碼后 的數(shù)據(jù)一次傳送；通過實時編碼的作用，提高了投射光柵、圖片采集一系列的連續(xù)采集的速 度，同時增加實時編碼及提高編碼速度；該系統(tǒng)是脫離微機獨立運行的實時編碼器。具有體 積小、功耗低，將光柵條紋及圖像采集系統(tǒng)結(jié)合于一體并實時編碼后通過以太網(wǎng)傳輸，還可 以在硬件一級獲得系統(tǒng)設(shè)計的極大靈活性，對逆向工程的整體發(fā)展具有很大的意義。
[0013] 物體測量系統(tǒng)中，投射處的光柵由CMOS攝像頭來采集數(shù)據(jù)，并利用PWM波的方法 對實現(xiàn)完成測量來調(diào)節(jié)合適的光源強度，以保持物體測量過程中具有合適的光源，使數(shù)據(jù) 完成輸出且不會丟失。另外，調(diào)節(jié)過程中，有時為了能夠準確的分辨出數(shù)據(jù)，需要提高分辨 率，分辨率與數(shù)值孔徑成正比例的關(guān)系，那么在調(diào)節(jié)數(shù)值孔徑越大，采集的數(shù)據(jù)飽和，采集 到的數(shù)據(jù)信息就丟失，不能夠采集完整的數(shù)據(jù)，此時能夠利用PWM波的形式來調(diào)節(jié)光源的 強度；有時物體是有凹凸不平，必須保證凹面與平面在一個景深內(nèi)，景深與光圈大小成反 比例關(guān)系，在測量過程中，要適當?shù)姆糯缶吧?，就需要收縮光圈，當光圈變小后，對比度就變 低，數(shù)據(jù)分辨的清楚需要將對比度增加，那么也通過調(diào)節(jié)PWM波的形式來調(diào)節(jié)光源的強度。 靈活的操作手段，保證測量者根據(jù)測量方式進一步選擇控制PWM波調(diào)節(jié)光強的方法，實現(xiàn) 并行處理、運算的嵌入式芯片F(xiàn)PGA為主控制器，數(shù)據(jù)在采集之前，通過PWM波的方法對實現(xiàn) 完成測量來調(diào)節(jié)合適的光源強度。

【專利附圖】

【附圖說明】 [0014]
[0015] 附圖1是本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 附圖2是本實用新型內(nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。
[0017] 附圖3是本實用新型內(nèi)部涉及的FPGA芯片的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0018] 附圖4是本實用新型涉及的CMOS攝像頭接口電路原理圖。
[0019] 附圖5是本實用新型涉及的VGA接口驅(qū)動電路原理圖。
[0020] 附圖6是本實用新型涉及的LED光源控制電路圖。

【具體實施方式】 [0021]
[0022] 實施例1 :
[0023] 一種三維物體測量的光強自適應(yīng)控制器，其組成包括：測量外殼1，所述的測量外 殼底部安裝光源箱2,所述的光源箱底部安裝角度調(diào)節(jié)裝置3,所述的角度調(diào)節(jié)裝置底部安 裝轉(zhuǎn)動底座4,所述的轉(zhuǎn)動底座底部連接三腿升降支架5 ;所述的測量外殼內(nèi)安裝CMOS攝 像儀6、投影儀7和控制電路板8,所述的控制電路板上集成EP3C16F484C8型FPGA芯片 9、以及所述的EP3C16F484C8型FPGA芯片連接的圖像采集系統(tǒng)10、ADV7123型D/A轉(zhuǎn)換 器11、存儲單元12、以太網(wǎng)接口控制單元13、PWM波動控制單元14和時鐘電路15,所述的 EP3C16F484C8型FPGA芯片還連接所述的光源箱內(nèi)的LED光源16 ;其中，所述的圖像采集系 統(tǒng)連接所述的CMOS攝像儀；所述的D/A轉(zhuǎn)換器連接VGA接口 17,所述的VGA接口連接所述 的投影儀；所述的以太網(wǎng)接口控制單元連接以太網(wǎng)接口 18。
[0024] 實施例2 :
[0025] 根據(jù)實施例1或2所述的三維物體測量的光強自適應(yīng)控制器，所述的 EP3C16F484C8型FPGA芯片包括RAM模塊19、通信模塊20、D/A控制模塊21和PWM波模塊 22,所述的EP3C16F484C8型FPGA芯片通過所述的PWM波模塊連接所述的LED光源。
[0026] 實施例3 :
[0027] 根據(jù)實施例1或2所述的三維物體測量的光強自適應(yīng)控制器，所述的圖像采集系 統(tǒng)包括光強檢測單元、數(shù)據(jù)量化編碼單元和CMOS控制單元。
[0028] 實施例4 :
[0029] 根據(jù)實施例1或2所述的三維物體測量的光強自適應(yīng)控制器，所述的CMOS攝像儀 的CMOS攝像頭和所述的投影儀的投影鏡頭從所述的測量外殼的前側(cè)表面伸出，所述的測 量外殼左右兩側(cè)安裝通風罩23。
【權(quán)利要求】
1. 一種三維物體測量的光強自適應(yīng)控制器，其組成包括：測量外殼，其特征是：所述的 測量外殼底部安裝光源箱，所述的光源箱底部安裝角度調(diào)節(jié)裝置，所述的角度調(diào)節(jié)裝置底 部安裝轉(zhuǎn)動底座，所述的轉(zhuǎn)動底座底部連接三腿升降支架；所述的測量外殼內(nèi)安裝CMOS攝 像儀、投影儀和控制電路板，所述的控制電路板上集成EP3C16F484C8型FPGA芯片、以及所 述的EP3C16F484C8型FPGA芯片連接的圖像采集系統(tǒng)、ADV7123型D/A轉(zhuǎn)換器、存儲單元、 以太網(wǎng)接口控制單元、PWM波動控制單元和時鐘電路，所述的EP3C16F484C8型FPGA芯片還 連接所述的光源箱內(nèi)的LED光源；其中，所述的圖像采集系統(tǒng)連接所述的CMOS攝像儀；所 述的D/A轉(zhuǎn)換器連接VGA接口，所述的VGA接口連接所述的投影儀；所述的以太網(wǎng)接口控制 單元連接以太網(wǎng)接口。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維物體測量的光強自適應(yīng)控制器，其特征是：所述的 EP3C16F484C8型FPGA芯片包括RAM模塊、通信模塊、D/A控制模塊和PWM波模塊，所述的 EP3C16F484C8型FPGA芯片通過所述的PWM波模塊連接所述的LED光源。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三維物體測量的光強自適應(yīng)控制器，其特征是：所述的 圖像采集系統(tǒng)包括光強檢測單元、數(shù)據(jù)量化編碼單元和CMOS控制單元。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三維物體測量的光強自適應(yīng)控制器，其特征是：所述的 CMOS攝像儀的CMOS攝像頭和所述的投影儀的投影鏡頭從所述的測量外殼的前側(cè)表面伸 出，所述的測量外殼左右兩側(cè)安裝通風罩。
【文檔編號】G01B9/00GK203881294SQ201420264112
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】王剛, 王陽, 石磊, 何艷, 朱明清, 孫凱明, 陳慶文, 甄海濤, 聶洪淼 申請人:黑龍江省科學院自動化研究所