本發(fā)明屬于光學(xué)三維輪廓測量領(lǐng)域，具體涉及一種戒指顏色紋理和形貌的測量裝置及方法。

背景技術(shù)：

在諸如機械加工、醫(yī)學(xué)診斷和機器視覺等諸多領(lǐng)域中，人們需要獲得物體的三維輪廓信息。如何快速、精確和便捷的獲得被測物的三維輪廓信息成為了現(xiàn)代測量領(lǐng)域中一個重要的研究方向。目前已有的三維輪廓測量方法基本都是針對表面形狀、紋理較為簡單的平面物體，而對于戒指這種表面顏色、紋理復(fù)雜，形狀凹凸不平的回轉(zhuǎn)類物體，傳統(tǒng)的平面三維輪廓測量方法并不直接適用。

針對物體的表面三維輪廓，目前可以采用的測量方法主要有三坐標(biāo)測量機和光學(xué)三維形貌測量技術(shù)。三坐標(biāo)測量機，由于其自身接觸式和單點測量的原理，測量繁瑣且過程緩慢，不適用于戒指的表面輪廓測量；光學(xué)三維形貌測量技術(shù)主要包括激光三角法、雙目視覺法和投影條紋測量方法。其中，雙目視覺由于像素匹配的需求，需要在戒指表面貼標(biāo)志點，因此方法復(fù)雜，不易操作；此外，由于戒指表面形狀、顏色等紋理復(fù)雜，光學(xué)反射特性差，容易造成投影條紋的灰度畸變，對于被測物體表面要求較高，所以此類方法也不適用于戒指這類回轉(zhuǎn)體的表面輪廓測量。而激光三角法由于自身的原理特性，特別適用于表面形狀、顏色紋理復(fù)雜，光學(xué)反射特性差的被測物的三維輪廓測量。然而對于戒指這類回轉(zhuǎn)體被測物，常見的激光三角法測量系統(tǒng)并不能直接適用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種戒指顏色紋理和形貌的測量裝置及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)以戒指為主的表面凹凸不均、形狀紋理復(fù)雜的回轉(zhuǎn)體三維輪廓的快速、高效、精確的重建。

為了達到上述目的，一種戒指顏色紋理和形貌的測量裝置，包括計算機，計算機連接投影儀、相機和旋轉(zhuǎn)臺，旋轉(zhuǎn)臺置于投影儀和相機的前方，旋轉(zhuǎn)臺上放置有被測戒指；

所述計算機用于采集投影儀和相機的信息后，利用梯度重心法計算每個角度下每條光線的光刀中心，并基于激光三角法計算得到被測戒指的輪廓信息圖，最后添加對應(yīng)位置的顏色紋理信息后最終實現(xiàn)戒指的三維輪廓重建工作。

所述相機采用工業(yè)ccd相機。

所述被測戒指放置在支撐架上，支撐架放置在旋轉(zhuǎn)臺上。

一種戒指顏色紋理和形貌的測量裝置的工作方法，包括以下步驟：

步驟一，將被測戒指放置在旋轉(zhuǎn)臺上；

步驟二，關(guān)閉投影儀，打開相機，通過計算機控制旋轉(zhuǎn)臺勻速旋轉(zhuǎn)，計算機控制相機連續(xù)采集被測戒指表面的顏色紋理圖片，并將這些圖片返回至計算機；

步驟三，旋轉(zhuǎn)臺歸零，打開投影機，利用投影儀向被測戒指被測表面投影一束一像素寬的光線；

步驟四，通過計算機控制旋轉(zhuǎn)臺勻速旋轉(zhuǎn)，計算機控制相機連續(xù)采集戒指表面調(diào)制的線狀光源的投影線，并將這些圖片返回至計算機；

步驟五，計算機根據(jù)線狀光源的投影線的像素偏移與物體高度的幾何關(guān)系，計算被測回轉(zhuǎn)體的高度信息；

步驟六，計算機對測量結(jié)果進行優(yōu)化，并添加對應(yīng)的顏色紋理信息，實現(xiàn)戒指三維輪廓的重建工作。

所述步驟一中，被測戒指放置在支撐架上，支撐架固定在旋轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)中心上。

所述步驟六中，計算機對測量結(jié)果進行優(yōu)化包括利用梯度重心法計算每個角度下每條光線的光刀中心，并基于激光三角法計算得到被測戒指的輪廓信息圖。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本裝置通過旋轉(zhuǎn)臺帶動被測戒指旋轉(zhuǎn)，并通過投影儀和相機對戒指輪廓和表面圖案進行采集，最后通過計算機繪制出戒指的形貌，實現(xiàn)了以戒指為主的表面凹凸不均、形狀紋理復(fù)雜的回轉(zhuǎn)體三維輪廓的快速、高效、精確的重建，該測量裝置適用于戒指的測量，也可適用于其他回轉(zhuǎn)類物體的測量。

本發(fā)明的測量過程分為顏色紋理測量和輪廓幾何信息測量兩個過程，利用投影儀取代線性激光器在被測戒指表面投射一束光刀，通過控制旋轉(zhuǎn)臺帶動戒指旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了戒指的顏色紋理和輪廓的360°全域測量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中光刀像素差與被測物體高度的幾何關(guān)系圖；

圖3為本發(fā)明的測量流程圖；

其中1、計算機；2、相機；3、投影儀；4、旋轉(zhuǎn)臺；5、被測戒指。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。

參見圖1，一種戒指顏色紋理和形貌的測量裝置，包括計算機1，計算機1連接投影儀3、相機2和旋轉(zhuǎn)臺4，旋轉(zhuǎn)臺4置于投影儀3和相機2的前方，旋轉(zhuǎn)臺4上放置有被測戒指5；計算機1用于采集投影儀3和相機2的信息后，利用梯度重心法計算每個角度下每條光線的光刀中心，并基于激光三角法計算得到被測戒指的輪廓信息圖，最后添加對應(yīng)位置的顏色紋理信息后最終實現(xiàn)戒指的三維輪廓重建工作。

優(yōu)選的，相機2采用工業(yè)ccd相機。被測戒指5放置在支撐架上，支撐架放置在旋轉(zhuǎn)臺4上。

參見圖2和圖3，一種戒指顏色紋理和形貌的測量裝置的工作方法，包括以下步驟：

步驟一，將被測戒指5放置在支撐架上，支撐架固定在旋轉(zhuǎn)臺4的回轉(zhuǎn)中心上；

步驟二，關(guān)閉投影儀3，打開相機2，通過計算機1控制旋轉(zhuǎn)臺4勻速旋轉(zhuǎn)，計算機1控制相機2連續(xù)采集被測戒指5表面的顏色紋理圖片，并將這些圖片返回至計算機1；

步驟三，旋轉(zhuǎn)臺4歸零，打開投影機3，利用投影儀3向被測戒指5被測表面投影一束一像素寬的光線；

步驟四，通過計算機1控制旋轉(zhuǎn)臺4勻速旋轉(zhuǎn)，計算機1控制相機2連續(xù)采集戒指表面調(diào)制的線狀光源的投影線，并將這些圖片返回至計算機1；

步驟五，計算機1根據(jù)線狀光源的投影線的像素偏移與物體高度的幾何關(guān)系，計算被測回轉(zhuǎn)體的高度信息；

步驟六，計算機1對測量結(jié)果進行優(yōu)化包括利用梯度重心法計算每個角度下每條光線的光刀中心，并基于激光三角法計算得到被測戒指的輪廓信息圖，并添加對應(yīng)的顏色紋理信息，實現(xiàn)戒指三維輪廓的重建工作。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種戒指顏色紋理和形貌的測量裝置及方法，包括計算機，計算機連接投影儀、相機和旋轉(zhuǎn)臺，旋轉(zhuǎn)臺置于投影儀和相機的前方，旋轉(zhuǎn)臺上放置有被測戒指，通過旋轉(zhuǎn)臺帶動被測戒指旋轉(zhuǎn)，并通過投影儀和相機對戒指輪廓和表面圖案進行采集，最后通過計算機繪制出戒指的形貌，實現(xiàn)了以戒指為主的表面凹凸不均、形狀紋理復(fù)雜的回轉(zhuǎn)體三維輪廓的快速、高效、精確的重建，該測量裝置適用于戒指的測量，也可適用于其他回轉(zhuǎn)類物體的測量。

技術(shù)研發(fā)人員：賈書海;黃迪
受保護的技術(shù)使用者：西安交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.25
技術(shù)公布日：2017.10.17