狭小内腔结构的原位三维测量系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115523860A(43)申请公布日2022.12.27(21)申请号202110705365.4(22)申请日2021.06.24(71)申请人上海科技大学地址201210上海市浦东新区华夏中路393号(72)发明人谢广平王樾之翟梓融(74)专利代理机构上海光华专利事务所(普通合伙)31219专利代理师倪静(51)Int.Cl.G01B11/24(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图3页(54)发明名称狭小内腔结构的原位三维测量系统(57)摘要本发明的狭小内腔结构的原位三维测量系统，通过发光单元、成像及中继传像单元以及图像处理单元与基于机器视觉的光学截面测量技术相结合，在所述待测量内腔内对产生的对应待测量内腔内轮廓的多个环光学截面进行成像，并将所成的像中转至所述待测量内腔的外部以生成成像图像，并对图像进行处理获得内腔轮廓的三维结构测量数据；本发明不仅可以实现在原位测量，还提高了测量速度以及减少环境振动的影响，尤其是可测量范围大，可以适应于不同深度以及口径的内腔结构的三维轮廓测量，提高了狭小内腔结构测量的可达性与适应性，解决了现有技术的瓶颈问题。CN115523860ACN115523860A权利要求书1/2页1.一种狭小内腔结构的原位三维测量系统，其特征在于，所述系统包括：发光单元、成像及中继传像单元以及图像处理单元；其中，所述发光单元以及成像及中继传像单元在待测量内腔中沿光轴共轴排列；所述发光单元，用于发射光束，并产生对应待测量内腔内轮廓的多个环光学截面；所述成像及中继传像单元，用于对所述待测量内腔内对各环形光学截面进行成像，并中转至与所述成像及中继传像单元共轴且处于所述待测量内腔外部的图像采集装置，以获得对应该所述待测量内腔的成像图像；所述图像处理单元，连接所述图像采集装置，用于根据在所述待测量内腔外部获得的成像图像，对所述待测量内腔进行三维重构，以获得对应所述待测量内腔轮廓的三维结构测量数据。2.根据权利要求1中所述的狭小内腔结构的原位三维测量系统，其特征在于，所述成像及中继传像单元单元包括：物镜成像子单元，用于在所述待测量内腔内对各环光学截面进行成像；中继传像子单元，与所述物镜成像子单元沿光轴共轴排列，用于将经所述物镜成像单元在所述待测量内腔中所成的像从所述待测内腔结构中传至处于所述待测量内腔外部的图像采集装置，以获得成像图像。3.根据权利要求2中所述的狭小内腔结构的原位三维测量系统，其特征在于，所述中继传像子单元包括：至少两个沿光轴共轴排列的棒透镜。4.根据权利要求2中所述的狭小内腔结构的原位三维测量系统，其特征在于，所述物镜成像子单元包括：依次沿光轴共轴排列的负透镜、正透镜、光阑以及消像差双胶合透镜。5.根据权利要求1中所述的狭小内腔结构的原位三维测量系统，其特征在于，所述发光单元包括：依次沿光轴共轴排列的激光光源子单元、准直扩束子单元以及多环形光子产生单元；其中，所述激光光源子单元，用于发射激光光束；所述准直扩束子单元，用于对所述激光光束进行准直扩束；所述多环形光产生子单元，用于由入射的经准直扩束的激光光束产生等间隔分布的多个环形光，生成与各环形光对应的多个环光学截面。6.根据权利要求5中所述的狭小内腔结构的原位三维测量系统，其特征在于，所述多环形光产生子单元包括：具有锥面反射镜结构的多环形发生器。7.根据权利要求1中所述的狭小内腔结构的原位三维测量系统，其特征在于，所述图像处理单元用于对在所述待测量内腔外部获得的成像图像进行对多个环形光的轮廓提取，并对所述待测量内腔进行三维重构，以获得对应所述待测量内腔轮廓的三维结构测量数据。8.根据权利要求7中所述的狭小内腔结构的原位三维测量系统，其特征在于，所述图像处理单元包括：图像获取子单元，用于获取来自所述图像采集装置的成像图像；轮廓提取子单元，连接所述图像获取子单元，用于对在所述待测量内腔外部获得的成像图像分别进行滤波去噪、图像增强、各环形光的分割与各环形光的轮廓提取；三维重构子单元，连接所述轮廓提取子单元，用于根据提取的各环形光的轮廓分别进行环光学截面区分、外参矩阵计算以及世界坐标系转换，以获得对应所述待测量内腔的三2CN115523860A权利要求书2/2页维重构数据。9.根据权利要求8中所述的狭小内腔结构的原位三维测量系统，其特征在于，所述三维重构子单元包括：环分割子单元，用于基于环分割算法，对各环形光的轮廓区分其各自对应的环光学截面；外参矩阵子单元，连接所述环分离子单元，用于根据经过区分的各环光学截面获得对应各环光学截面的外参矩阵；坐标系转换子单元，连接所述外参矩阵子单元，用于根据对应各环光学截面的外参矩阵，将各环光学截面由像素坐标系转换为世界坐标系；三维重构测量子单元，连接所诉坐标系