微型三維掃描裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及光學(xué)測量領(lǐng)域，具體涉及一種微型三維掃描裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]結(jié)構(gòu)光三維測量方法的基本原理是三角法，比如線激光測量方法，用激光投射出的光線在空間呈一個光平面，投射到物體表面的激光線受物體高度發(fā)生調(diào)制變形，變形曲線上的點映射進攝像機，該點與光平面之間形成幾何三角關(guān)系，利用標(biāo)定的系統(tǒng)參數(shù)實現(xiàn)被測物體的三維測量?；诩す獾姆椒ㄖ饕秉c是測量速度慢，每次只能實現(xiàn)一條線的數(shù)據(jù)測量。
[0003]基于面結(jié)構(gòu)光模式的方法原理上類似于線激光結(jié)構(gòu)光方法，不同之處在于投射器投影面結(jié)構(gòu)光每次可實現(xiàn)整面數(shù)據(jù)的測量。根據(jù)編解碼實現(xiàn)方式不同，可分為空間維編碼和時間維編碼。空間維編碼是根據(jù)一幅圖像內(nèi)鄰近像素編碼信息實現(xiàn)整幅圖像正確解碼，進而實現(xiàn)被測物體的三維形貌測量。該類方法一般僅需一幅圖像即可實現(xiàn)被測物體三維形貌的恢復(fù)，具有動態(tài)測量的應(yīng)用前景，但是，該方法測量精度有限?；跁r間維的結(jié)構(gòu)光編碼是研究較為廣泛的方法，1989年Besl提出的格雷碼方法是較早的時間維編碼，該編碼被認(rèn)為是變形的二進制編碼，碼詞的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性高于二進制編碼。
[0004]雙目立體三維測量方法是三維測量技術(shù)里的另外一大類方法，該方法原理上模擬人的雙眼實現(xiàn)被測物體的測量，對兩個相機里采集到的同一個物體的二維圖像匹配對應(yīng)，利用圖像坐標(biāo)的差異實現(xiàn)三維測量，又稱之為視差法。傳統(tǒng)的立體視覺測量方法是僅利用兩個相機來實現(xiàn)空間物體的三維測量，利用匹配技術(shù)實現(xiàn)兩幅圖像的匹配對應(yīng)，該種實現(xiàn)方法不受環(huán)境、物體紋理、光照、視場等條件的約束，但這種僅依靠不同視角圖像灰度信息的匹配較為困難。目前，研究較廣的立體視覺測量技術(shù)是指改進型的視覺測量方法，在兩個相機的基礎(chǔ)上增加一個光源投射裝置，投射一些編碼圖案信息，通過對采集到的圖像編碼、分析和識別，實現(xiàn)兩個相機圖像的匹配，投射的圖案類似于結(jié)構(gòu)光測量方法中的圖案，但又有所區(qū)別:在立體視覺測量方法中，投射的圖案僅作為兩幅圖像的匹配，只要滿足在圖像空間內(nèi)具有唯一性或在圖像的一維方向上具有唯一性即可，其編碼圖案包含結(jié)構(gòu)光測量中的結(jié)構(gòu)光圖案。
[0005]本發(fā)明是基于結(jié)構(gòu)光的雙目立體三維測量技術(shù)，由于現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，小型化的投影儀已經(jīng)出現(xiàn)，故采用新技術(shù)的微型三維掃描裝置已成為可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型提供一種微型三維掃描裝置，用于空間受限場所對復(fù)雜面形的快速、高精度三維采集和測量。具體的技術(shù)方案為:
[0007]1、一種微型三維掃描裝置，其持征在于，包括:投影儀，所述投影儀通過投影鏡頭將結(jié)構(gòu)光圖像照射到被測物體上；光學(xué)相機，所述光學(xué)相機通過成像鏡頭獲取被測物體表面的形貌信息；所述光學(xué)相機到所述被測物體的光程為a，所述投影儀到到所述被測物體的光程為b，其中a # b，比值a:b為1:200至200:1。在一些實施方式中，a為l_200mm，例如 2-150mm、3-120mm、4-100mm、5-80mm、6-60mm、8-50mm、10_40mm、約 20mm、30mm 等；b 為l_200mm，例如 2-150mm、3-120mm、4-100mm、 5-80mm、6-60mm、8-50mm、10_40mm、約 20mm、30mm等；比值3:13為1:150至150:1、1:120至120:1、1:100至100:1、1:80至80:1、1:60至60: 1、1:40 至 40: 1、1:20 至 20: 1、1:10 至 10: 1、1:8 至 8: 1、1:6 至 6: 1、1:4 至 4: 1、1:2 至2:1、1.5:1至1: 1.5、或1: 1.2至1.2:1等；上位機，所述上位機同時與所述投影儀和所述光學(xué)相機通過有線或無線的方式連接。所述上位機是指可以直接發(fā)出操控命令用于操控所述三維掃描裝置的計算機。
[0008]2、如技術(shù)方案I所述的微型三維掃描裝置，其特征在于，所述投影儀的光軸與所述光學(xué)相機的光軸之間的夾角為5°至90°。在一些實施方式中，所述夾角為6°至80°、V 至 70°、8° 至 60°、9° 至 50°、10° 至 40°、15° 至 30°、約 20°、約 25°、約 35°、或約45°等。
[0009]3、如上述任一項技術(shù)方案所述的微型三維掃描裝置，其特征在于，所述投影儀與所述光學(xué)相機之間的基線距離為3-200mm。在一些實施方式中，所述基線距離為4_180mm、5-160mm、6-150mm、7-140mm、8-130mm、9-120mm、10—110mm、Il-100mm、12-90mm、13-80mm、14_70mm、15_60mm、16_50mm、17_40mm、18_30mm、19_25mm、或約 20mm 等。
[0010]4、如上述任一項技術(shù)方案所述的微型三維掃描裝置，其特征在于，所述光學(xué)相機有兩個，兩個光學(xué)相機的光軸之間的夾角為5°至90°，兩個光學(xué)相機之間的基線距離為3-200mm。在一些實施方式中，兩個光學(xué)相機的光軸之間的夾角為6°至80°、7°至70°、8° 至 60。、9° 至 50。、10° 至 40。、15° 至 30。、約 20。、約 25。、約 35。、或約 45。等；兩個光學(xué)相機之間的基線距離為 4-180mm、5-160mm、6-150mm、7-140mm、8-130mm、9-120mm、10-110mm、11-100mm.12_90mm、13_80mm、14_70mm、15_60mm、16_50mm、17_40mm、18_30mm、19_25mm、或約 20mm 等。
[0011]5、如上述任一項技術(shù)方案所述的微型三維掃描裝置，其特征在于，在所述被測物體附近設(shè)有平面反射鏡，用于實現(xiàn)光軸轉(zhuǎn)向。
[0012]6、如上述任一項技術(shù)方案所述的微型三維掃描裝置，其特征在于，還包括陀螺定位儀和加速度儀，分別用于確定所述投影儀和/或所述光學(xué)相機的空間位置和位移。
[0013]7、如上述任一項技術(shù)方案所述的微型三維掃描裝置，其特征在于，所述投影儀包括投影鏡頭和投影芯片以及驅(qū)動電路；所述光學(xué)相機包括成像鏡頭和光電陣列傳感器。
[0014]8、如技術(shù)方案7所述的微型三維掃描裝置，其特征在于，所述投影鏡頭和所述成像鏡頭均采用遠(yuǎn)心光路；所述投影芯片和所述驅(qū)動電路采用基于DLP或LCOS以及LCD投影芯片的投影電路；所述光電陣列傳感器采用C⑶或CMOS芯片。
[0015]本實用新型提供一種微型三維掃描裝置，具有體