一種結(jié)構(gòu)光投影的高速三維測量系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及結(jié)構(gòu)光投影的三維測量領域，尤其是一種結(jié)構(gòu)光投影的高速三維測量系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]光學三維掃描是將光柵連續(xù)投射到物體表面，攝像頭同步采集圖像，然后對圖像進行計算，并利用相位穩(wěn)步極線實現(xiàn)兩幅圖像上的三維空間坐標(Χ、γ、ζ)，從而實現(xiàn)對物體表面三維輪廓的測量。實時三維掃描是三維傳感技術發(fā)展的方向，目前實現(xiàn)實時三維掃描的方法主要有兩大類，一類是采用傅里葉變換三維測量輪廓術，該方法由于只需要一幅干涉圖即可對整個范圍進行分析，其測量系統(tǒng)簡約，分辨率高，處理數(shù)據(jù)快，但是由于其測量精度極度依賴于條紋的質(zhì)量，當物體形狀較復雜時，其測量精度急劇下降，因此其測量領域具有很大限制。另一類是采用相移三維測量輪廓術，該方法優(yōu)點是測量精度高，可以用于面形復雜的物體表面的測量，但是由于需要投影三幅以上相移精確的條紋圖像，因此其測量速度很慢，測量效率很低，遠遠不能滿足高速三維測量的要求;為了解決上述問題，中國專利文獻CN 101957183 A公開了一種結(jié)構(gòu)光投影的高速三維測量系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)具體如下:包括一套相移圖像投影單元和高速攝
[0003]影機;所述相移圖像投影單元包括多色LED點光源陣列，在沿所述多色LED點光源陣列的出光方向上所述相移圖像投影單元還包括依次排列的準直透鏡、光柵、一對平行放置的反射光柵或一對顛倒放置的三棱鏡、投影透鏡;所述結(jié)構(gòu)光投影三維測量系統(tǒng)還包括用于驅(qū)動所述多色LED點光源陣列的驅(qū)動電路;所述高速攝影機用于拍攝所述光柵在被測物體表面的投影像;所述高速攝影機快門頻率與所述多色LED點光源陣列頻閃的頻率同步。此技術方案使得結(jié)構(gòu)光投影的高速三維測量系統(tǒng)能夠同時滿足測量效率高、測量速度快的要求。
[0004]但是，上述現(xiàn)有技術中還存在以下問題:第一，就是到達光柵上的光束質(zhì)量不夠高，比較雜亂而且無序，不利于后續(xù)的投影透鏡的投影;第二就是光在光柵上的光照面積過小，不利于投影成像，對物體表面三維輪廓的測量會造成一定的影響。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]為了克服上述問題，本實用新型向社會提供一種到達光柵上的光束質(zhì)量更高的、同時光柵上的光照面積更大的高速三維測量系統(tǒng)。
[0006]本實用新型的技術方案是:提供一種結(jié)構(gòu)光投影的高速三維測量系統(tǒng)，包括LED點光源、光處理結(jié)構(gòu)、光柵，以及投影透鏡，所述光柵所成的像通過高速照相機或攝影機拍攝，所述LED點光源的發(fā)光和所述高速照相機或攝影機的拍攝是由控制電路控制的，且所述高速照相機或攝影機的拍攝是在所述LED點光源發(fā)光時進行的，所述光處理結(jié)構(gòu)包括至少一個平凸透鏡，所述光處理結(jié)構(gòu)、光柵、以及投影透鏡沿所述LED點光源的光的照射方向依次排列設置。
[0007]作為對本實用新型的改進，所述的至少一個平凸透鏡是I一 6個平凸透鏡。
[0008]作為對本實用新型的改進，兩個以上的平凸透鏡的面積是從離所述LED點光源最近的所述平凸透鏡開始，依次逐漸增大的。
[0009]作為對本實用新型的改進，兩個以上的平凸透鏡是相隔預定距離設置的。
[0010]作為對本實用新型的改進，兩個以上的平凸透鏡是前后層疊設置的。
[0011]作為對本實用新型的改進，兩個以上的平凸透鏡中的最后一個平凸透鏡可用雙凸透鏡代替。
[0012]作為對本實用新型的改進，靠近所述LED點光源的平凸透鏡上設有隔熱膜，所述隔熱膜設在所述平凸透鏡上的靠近所述LED點光源的一面。
[0013]作為對本實用新型的改進，所述高速照相機或攝影機的數(shù)量是一個或者兩個。
[0014]作為對本實用新型的改進，所述光柵是通過在玻璃片上設置若干大小不同的點制成的。
[0015]作為對本實用新型的改進，所述光柵是可通過所述控制電路控制而呈現(xiàn)出圖案的液晶屏。
[0016]本實用新型由于所述光處理結(jié)構(gòu)包括至少一個平凸透鏡，所述光處理結(jié)構(gòu)、光柵、以及投影透鏡沿所述LED點光源的光的照射方向依次排列設置。本實用新型中，至少一個的平凸透鏡對LED點光源11發(fā)出的光進行處理，使得LED點光源11發(fā)出的光線變成質(zhì)量更高的的平行光束，這樣就會使得光在光柵上更加集中且清晰，最后再通過投影透鏡投射在被測物體表面(即投影平面)，利用LED快速的頻率響應特性和光處理結(jié)構(gòu)實現(xiàn)光柵圖像的高速相移，再使用高速照相機或攝影機進行同步拍攝，從而實現(xiàn)高速的三維測量。因此，本實用新型具有達光柵上的光束質(zhì)量更高的、同時光柵上的光照面積更大的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型第一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本實用新型第二種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]其中，IILED點光源、12光處理結(jié)構(gòu)、13光柵，14投影透鏡、15高速照相機或攝影機、16控制電路、17被測物體表面、121平凸透鏡、122隔熱膜。
【具體實施方式】
[0020]在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語中“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0021]在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“連接”、“相連”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是拆卸連接，或一體地連接;可以是機械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以是通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本實用新型的具體含義。此外，在本實用新型的描述中，除非另有說明，“多個”、“若干”的含義是兩個或兩個以上。
[0022]為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0023]請參見圖1，圖1揭示的是一種結(jié)構(gòu)光投影的高速三維測量系統(tǒng)的第一種實施例，一種結(jié)構(gòu)光投影的高速三維測量系統(tǒng)，包括LED點光源11、光處理結(jié)構(gòu)12、光柵13，以及投影透鏡14，所述光柵13所成的像通過高速照相機或攝影機15拍攝，所述LED點光源11的發(fā)光和所述高速照相機或攝影機15的拍攝是由控制電路16控制的，且所述高速照相機或攝影機15的拍攝是在所述LE