正弦条纹投影装置以及三维轮廓测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN101936718A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN101936718A(43)申请公布日2011.01.05(21)申请号201010130537.1(22)申请日2010.03.23(71)申请人上海复蝶智能科技有限公司地址200437上海市杨浦区邯郸路100号61栋129室(72)发明人徐亦新李强盛鹏张栋黄豪(74)专利代理机构上海智信专利代理有限公司31002代理人薛琦朱水平(51)Int.Cl.G01B11/25(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称正弦条纹投影装置以及三维轮廓测量方法(57)摘要本发明公开了三种正弦条纹投影装置以及一种利用该正弦条纹投影装置实现的三维轮廓测量方法，该方法包括：S1、校正从该正弦条纹投影装置出射的各波长光的强度；S2、获取各波长条纹间的实际相位移；S3、进行该相机的标定，并依次对各波长条纹投影进行相位-高度标定；S4、通过该投影装置依次将各波长条纹投影至被测物，通过相机拍摄被测物表面的各波长条纹投影图像，然后根据各波长条纹投影图像计算出各观测点的初始相位，并对该些初始相位解包裹；S5、根据相位-高度标定由各观测点的经过解包裹的初始相位分别获取该个观测点的高度坐标，再根据相机标定获取该个观测点的三维坐标。本发明的该测量方案运行速度高、测量精度高，并且成本低廉。CN1093678ACN101936718A权利要求书1/2页1.一种正弦条纹投影装置，其特征在于，其包括多个波长不同的点光源，每个该点光源的后方均设有一凹面镜，该多个点光源发出的光经由一根光纤的传输后，依次通过一准直镜组、一光栅、一投影镜头以及一折射板，并从该折射板以不同的相位出射。2.如权利要求1所述的正弦条纹投影装置，其特征在于，该准直镜组包括一第一凸透镜、一第二凸透镜以及设于该第一和第二凸透镜之间的一光阑。3.一种正弦条纹投影装置，其特征在于，其包括一点光源，该点光源的后方设有一凹面镜，该点光源发出的光依次通过一LCD、一准直镜组、一光栅、一投影镜头以及一折射板，其中通过该LCD对进入后续光路的光的波长进行控制，不同波长的光从该折射板以不同的相位出射。4.如权利要求3所述的正弦条纹投影装置，其特征在于，该准直镜组包括一第一凸透镜、一第二凸透镜以及设于该第一和第二凸透镜之间的两个光阑。5.一种正弦条纹投影装置，其特征在于，其包括多个波长不同的点光源，每个该点光源的后方均设有一凹面镜，每个该点光源发出的光在经由准直镜组并被半反射镜折转90°之后，均依次通过一光栅、一投影镜头以及一折射板，并从该折射板以不同的相位出射。6.如权利要求5所述的正弦条纹投影装置，其特征在于，该准直镜组包括一第一凸透镜、一第二凸透镜以及设于该第一和第二凸透镜之间的一光阑。7.一种利用如权利要求1-6中任意一项所述的正弦条纹投影装置实现的三维轮廓测量方法，其特征在于，该方法包括：S1、调整从该正弦条纹投影装置出射的各波长光的强度，使得当该投影装置分别进行各波长条纹的投影时，通过一相机拍摄到的各波长条纹投影图像的平均灰度相同；S2、使用该投影装置依次将各波长条纹投影至一校正板或一被测物的平滑区域，获取各波长条纹间的实际相位移；S3、进行该相机的标定，并依次对各波长条纹投影进行相位-高度标定；S4、通过该投影装置依次将各波长条纹投影至被测物，通过该相机拍摄被测物表面的各波长条纹投影图像，然后根据各波长条纹投影图像计算出各观测点的初始相位，并对该些初始相位解包裹；S5、根据相位-高度标定由各观测点的经过解包裹的初始相位分别获取该各观测点的高度坐标，再根据相机标定获取该各观测点的三维坐标。8.如权利要求7所述的三维轮廓测量方法，其特征在于，在步骤S2中利用反傅里叶法获取各波长条纹间的实际相位移。9.如权利要求7所述的三维轮廓测量方法，其特征在于，对每个波长的条纹投影进行相位-高度标定的过程包括以下步骤：S11、通过该投影装置将当前波长的条纹投影于校正板上，并将校正板依次放置于与该投影装置距离不同的一第一位置、一第二位置及一第三位置处，通过该相机拍摄当校正板分别处于该三个位置处时该波长条纹在校正板上的投影图像，并获取同一观测点在本步骤的三次拍摄中的相位S12、在该第一位置的相位图中取一与条纹方向相交的直线，在该直线上取点P1’、P2’、P3’，并使该P1’、P2’、P3’点的相位分别等于记录该P1’、P2’、P3’点的坐标。10.如权利要求7所述的三维轮廓测量方法，其特征在于，在步骤S4中，设该相机拍摄2CN101936718A权利要求书2/2页到的各波长条纹投影图像中观测点的灰度为其中I0为背景光强度，为步骤S2中获取的各波长条纹的实际相位移且设A为从该正弦条纹投影装置出射的光强，a