一種彩色3d測(cè)量系統(tǒng)用的照明裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本實(shí)用新型涉及一種彩色3D測(cè)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]三維測(cè)量主要采用兩個(gè)攝像機(jī)或者一個(gè)攝像機(jī)與光學(xué)折反射系統(tǒng)構(gòu)成的雙目立體視覺傳感器，從不同位置或者角度拍攝得到同一空間物體的多幅圖像，基于視差原理即可獲取物體的三維幾何信息，重建周圍場(chǎng)景的三維形狀與位置。三維測(cè)量通常有以下幾種方法:
[0003]第一、結(jié)構(gòu)光視覺測(cè)量技術(shù)。主要通過向被測(cè)對(duì)象投射相應(yīng)模式的結(jié)構(gòu)光，由攝像機(jī)拍攝變形光條圖像，基于光學(xué)三角原理來獲取物體表面的三維信息。該技術(shù)已成為解決物體表面形貌測(cè)量、空間位置測(cè)量、三維運(yùn)動(dòng)信息獲取等許多在線測(cè)量的有效途徑之一，具有非接觸、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、系統(tǒng)柔性好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)和加工質(zhì)量控制、逆向工程以及自動(dòng)控制等諸多領(lǐng)域。
[0004]第二、相移測(cè)量技術(shù)(PMP)。其是利用一定相位差的多幅光柵條紋圖像算出每個(gè)像素的相位值，然后根據(jù)相位值計(jì)算物體的高度信息。具體過程如下:首先向被測(cè)物體表面投射光柵條紋，所投射的條紋受到物體表面的形狀調(diào)制而產(chǎn)生變形，再對(duì)變形的條紋圖像進(jìn)行處理，解調(diào)出代表物體高度的相位信息，最后經(jīng)過相位去包裹和幾何計(jì)算就可以獲得被測(cè)物體表面的三維幾何信息。PMP方法需要至少三幅以上的光柵條紋圖像才能進(jìn)行相位計(jì)算，同時(shí)被測(cè)物體在拍攝過程中不能移動(dòng)，通常適合于靜態(tài)物體的三維測(cè)量。
[0005]第三、共焦掃描技術(shù)。基于點(diǎn)照明、點(diǎn)成像和點(diǎn)探測(cè)三點(diǎn)共軛的原理，當(dāng)被測(cè)表面與探測(cè)面共軛時(shí)，在點(diǎn)探測(cè)器上的像點(diǎn)最小，點(diǎn)探測(cè)器接收到的光能量最大；當(dāng)被測(cè)表面偏離物點(diǎn)時(shí)，探測(cè)器上的像點(diǎn)變大，點(diǎn)探測(cè)器接收到的光能量變小。測(cè)量時(shí)控制物點(diǎn)與被測(cè)面重合，保證探測(cè)器的輸出值最大，便可描繪出被測(cè)表面的形貌。共焦測(cè)量方法(如激光共焦掃描顯微鏡)由于其高精度、高分辨率及易于實(shí)現(xiàn)三維成像數(shù)字化的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在生物醫(yī)學(xué)、半導(dǎo)體檢測(cè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0006]第四、數(shù)字散斑技術(shù)，用數(shù)字方法記錄散斑圖像，通過對(duì)形變前后散斑圖像進(jìn)行匹配，來獲取待測(cè)物體的形變信息，也就是數(shù)字散斑相關(guān)測(cè)量方法。這里的“圖像”代表所有反應(yīng)物面信息的可視載體，包括激光散斑圖像、人工散斑圖像和反應(yīng)物面特征的其他形式的圖像。由于數(shù)字散斑相關(guān)測(cè)量技術(shù)具有對(duì)原始數(shù)據(jù)的采集方式比較簡(jiǎn)單、對(duì)測(cè)量環(huán)境的要求低、可直接測(cè)量位移和應(yīng)變兩組信息、便于實(shí)現(xiàn)測(cè)量自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，在材料應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量、結(jié)構(gòu)承受力分析等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0007]此外，CA2686904A1中也公開了一種手持式掃描裝置，能夠在兩種操作模式下完成三維掃描。
[0008]但是，上述三維測(cè)量方法通常只能獲得待測(cè)物體的三維幾何信息，而無法提供全彩色信息。為了獲得彩色信息，現(xiàn)有技術(shù)中也出現(xiàn)了一些方法，具體如下:
[0009]CN104251995A在【背景技術(shù)】中公開了采用彩色相機(jī)對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行二維拍照，再將彩色照片與三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行合成，間接獲得彩色三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，生產(chǎn)彩色三維模型。
[0010]CN104776815A在【背景技術(shù)】中進(jìn)一步公開了在三維輪廓測(cè)量過程中，同事測(cè)量物體顏色信息的兩種解決方法:一是投影紅外結(jié)構(gòu)光，在用于獲取物體顏色信息的彩色數(shù)據(jù)相機(jī)前加上紅外截止濾波片即可;二是通過頻閃結(jié)構(gòu)光的方式，先投影結(jié)構(gòu)光，同時(shí)拍攝結(jié)構(gòu)光的圖像用于計(jì)算三維輪廓，再關(guān)閉結(jié)構(gòu)光拍攝彩色圖像用于計(jì)算物體的顏色信息。
[0011]CN102980526A中進(jìn)一步提出了僅采用黑白相機(jī)獲取彩色圖像的三維掃描儀及其掃描方法。其公開的三維掃描儀，包括一個(gè)投影儀，至少一個(gè)黑白相機(jī)及一個(gè)控制系統(tǒng)。所述投影儀分別向被掃描物體投射紅、綠、藍(lán)三種單色光。當(dāng)所述投影儀向被掃描物體投射每種單色光時(shí)，所述至少一個(gè)黑白相機(jī)從多個(gè)角度分別拍攝被掃描物體的多張圖像。所述控制系統(tǒng)能夠以投影儀投紅色光采集到的圖像的灰度值作為紅色通道的值，投綠色光采集到的圖像的灰度值作為綠色通道的值，以投藍(lán)色光采集到的圖像的灰度值作為藍(lán)色通道的值，由組合的三通道值得到完整的彩色圖像，從而得到被掃描物體多個(gè)角度的彩色圖像。
[0012]CN202074952的技術(shù)原理與CN102980526A類似，其中進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了僅使用單相機(jī)一單投影儀的三維形貌和彩色紋理獲取系統(tǒng)。
[0013]CN1426527A中公開了一種數(shù)字化器，其中包括兩個(gè)照相機(jī)和兩個(gè)投影器，投影器中的一個(gè)用于在目標(biāo)物體表面上投影編碼圖案的光柵元件，另一個(gè)用于獲取目標(biāo)物體的紋理信息。
[0014]本實(shí)用新型就是基于數(shù)字散斑技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)獲取，但是，這樣獲取的數(shù)據(jù)不能提供全彩色信息，因此，當(dāng)需要彩色結(jié)構(gòu)時(shí)，通過紋理信息相機(jī)采集的圖像與三維數(shù)據(jù)相匹配，即可獲得彩色的三維物體結(jié)構(gòu)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0015]本實(shí)用新型的目的是提供一種小型化彩色3D測(cè)量設(shè)備，主要用于如人體口腔牙齒或其它空間受限場(chǎng)所的彩色三維數(shù)據(jù)獲取。
[0016]其中的照明裝置包括雙向光源、第一底片、第二底片、第一反射鏡、第二反射鏡、投影鏡頭、分光鏡。
[0017]第一底片為編碼底片，第二底片為白光底片。雙向光源用于照亮第一底片和第二底片。
[0018]第一底片位于雙向光源的光路上。
[0019]第一反射鏡和第二反射鏡被放置，以使得第二底片位于雙向光源所發(fā)出的光的光路上O
[0020]投影鏡頭用于將被照亮的第一底片和第二底片投影出。分光鏡為半反半透分光鏡，既能夠允許部分光線透射，又能夠允許另一部分光線反射的半反半透分光鏡。投影鏡頭和分光鏡在同一光路上。
[0021]第一底片所在平面與第二底片所在平面垂直，分光鏡所在平面與第一底片和第二底片所在平面分別成45度夾角，第一反射鏡、第二反射鏡所在平面垂直。
[0022]雙向光源發(fā)出的分別照亮第一底片和第二底片光的光路在經(jīng)過分光鏡后相同。
[0023]本實(shí)用新型具有以下技術(shù)效果:
[0024]I，采用數(shù)字散斑測(cè)量方法，具有速度快、精度高的特點(diǎn)，可應(yīng)用于動(dòng)態(tài)變化目標(biāo)的測(cè)量。
[0025]2，采用彩色紋理相機(jī)匹配三維物體的表面色彩紋理，可實(shí)現(xiàn)彩色三維物體數(shù)據(jù)的獲取。
[0026]3，能夠完成小型化的設(shè)計(jì)，可使該設(shè)備應(yīng)用于空間受限場(chǎng)所的三維數(shù)據(jù)測(cè)量。
【附圖說明】
[0027]圖1是本實(shí)用新型彩色3D測(cè)量系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖2A-2B是根據(jù)本實(shí)用新型的3D測(cè)量及紋理采集裝置和投影鏡頭的第一實(shí)施方式的縱向切面圖；
[0029]圖3A是根據(jù)本實(shí)用新型的3D測(cè)量及紋理采集裝置和投影鏡頭的第二實(shí)施方式的縱向切面圖；
[0030]圖3B是根據(jù)本實(shí)用新型的3D測(cè)量及紋理采集裝置和投影鏡頭的第三實(shí)施方式的縱向切面圖；
[0031]圖3C是根據(jù)本實(shí)用新型的3D測(cè)量及紋理采集裝置和投影鏡頭的第四實(shí)施方式的縱向切面圖；
[0032]圖3D是根據(jù)本實(shí)用新型的3D測(cè)量及紋理采集裝置和投影鏡頭的第五實(shí)施方式的縱向切面圖；
[0033]圖4是根據(jù)本實(shí)用新型的照明裝置的第一實(shí)施方式的光路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖5是根據(jù)本實(shí)用新型的照明裝置的第二實(shí)施方式的光路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖6A-6C是根據(jù)本實(shí)用新型的照明裝置的第三實(shí)施方式的光路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖7A-7D是根據(jù)本實(shí)用新型的照明裝置的第四實(shí)施方式的光路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖8A-8B是根據(jù)本實(shí)用新型的照明裝置的第五實(shí)施方式的光路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖9A-9B是根據(jù)本實(shí)用新型的照明裝置的第六實(shí)施方式的光路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖1OA-圖1OB是根據(jù)本實(shí)用新型的使用光柵底片的照明裝置的光路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖11是根據(jù)本實(shí)用新型的時(shí)序控制電路的某個(gè)實(shí)施例的邏輯示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。這種描述是通過示例而非限制的方式介紹了與本實(shí)用新型的原理相一致的【具體實(shí)施方式】，這些實(shí)施方式的描述是足夠詳細(xì)的，以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本實(shí)用新型，在不脫離本實(shí)用新型的范圍和精神的情況下可以使用其他實(shí)施方式并且可以改變和/或替換各要素的結(jié)構(gòu)。因此，不應(yīng)當(dāng)從限制性意義上來理解以下的詳細(xì)描述。
[0042]參見圖1，本實(shí)用新型的彩色3D測(cè)量系統(tǒng)，包括:照明裝置200、3D測(cè)量及紋理采集裝置100、時(shí)序控制電路300，照明裝置200進(jìn)一步包括投影鏡頭210。時(shí)序控制電路300，連接到照明裝置200和3D測(cè)量及紋理采集裝置100。在第一周期內(nèi)，時(shí)序控制電路300控制照明裝置200投射編碼圖案，并且同步控制3D測(cè)量及紋理采集裝置100獲取第一圖像數(shù)據(jù);在第二周期內(nèi)，時(shí)序控制電路300控制照明裝置200投射白光，并且同步控制3D測(cè)量及紋理采集裝置100獲取第二圖像數(shù)據(jù)。第一圖像為用于生成三維數(shù)據(jù)的圖像數(shù)據(jù)，第二圖像為被測(cè)物體彩色紋理的圖像數(shù)據(jù)。顯然，第一周期和第二周期沒有時(shí)間上的先后順序，即本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠充分理解該優(yōu)選實(shí)施方式也可以在第一周期內(nèi)