[发明专利]投影装置与深度测量系统

说明书

技术领域

本发明是有关于一种光学装置与测量系统，且特别是有关于一种投影装置与深度测量系统。 

背景技术

关于探索物体表面的形貌，编码结构光被认为是可靠的技术。结构光指的是一些具有特定图案的光，从最简单的线，面到格状等更复杂的图形都有。 

基本原理就是将结构光投射到物件或场景上，并从一个或多个视角取像。由于图案已被编码，取像的点和投射点之间的对应关系，可以很容易地找到。解码后的各点可以利用三角函数法求解物体的三维信息。应用实例包括目标距离检测、制造零件的检测、逆向工程、手势识别和三维地图的建立。 

结构光编码系统是基于投射一个单一的图案或一组的图案到测量场景上，之后由一个单一的摄像机或多个摄像机进行取像。图案都是经过专门设计，使编码代号被分配到一组像素上。每一个编码像素具有其自己的编码代号，所以从编码代号直接映射到对应的图案中像素的坐标。根据使用者的编码种类，区分为时间编码、空间编码和直接编码。其中最常使用的种类是基于时间的编码。时间编码(temporal encoding based systems)的优点是将多个不同的编码图案按时序先后投射到景物表面，以得到相应的编码图像序列。之后，将编码图像序列组合起来进行解码.它具有高准确度、高解析度等优点。 

在使用时间编码的情况下，一组图案需依时间次序投射到测量表面。过去最典型的投影装置是使用幻灯机，幻灯机需要机构切换幻灯片，造成体积庞大且笨重，使用操作较为不易，而近年常用的投影装置为采用硅基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel,简称LCOS panel)或数字微镜元 件(digital micro-mirror device,简称DMD)的视频投影机，虽改善了笨重性，但投影机的设备不仅价值昂贵且只投影数个图案，故显得浪费。 

美国专利第5135308号公开一投影系统。美国专利第5636025号则公开一测量系统。美国专利第7397550号公开一种三维扫描装置。美国专利第5636025号公开一种测量系统。美国专利第6263234号公开一种使用视频投影机的投影系统。美国专利第7742633号公开一种快速建立足部三维形貌的装置。美国专利第4212073号公开一种图案投影机。美国专利第4641972、4657394号公开一种投影系统。美国专利第6977732号公开一种微型测量仪。美国专利第6509559号公开一种投影系统。美国专利第6577405号公开一种光栅投影机相位轮廓测量系统。其他应用实例包含美国专利第6501554号的三维扫描仪以及美国专利第6750899号的检测系统。中国台湾专利第I358525号公开一种应用条纹反射法测量物体表面形貌的方法。中国台湾专利第I358606号公开一种三维环场扫描装置。中国台湾专利第I371699号公开一种影像快速测量足部三维尺寸方法与装置。中国台湾专利第I372554号公开一种影像位移检测方法。中国台湾专利第M395155号公开一种动态物像取样装置。中国台湾专利第580556号公开一种物体表面三维形貌测量方法。 

发明内容

本发明提供一种投影装置与深度测量系统，具有较低的成本、较高的操作速度与较高的精确度。 

本发明的其他目的和优点可以从本发明所公开的技术特征中得到进一步的了解。 

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种投影装置，其包括至少一光源、至少一图案单元与投影镜头。至少一光源提供至少一照明光束。至少一图案单元具有固定不变的图案，且对应地配置于至少一照明光束的至少一传输路径上，以将至少一照明光束转换为至少一图案光束。投影镜头配置于图案光束的传输路径上。至少一光源提供至少一发光组合，至少一图案光束对应地具有至少一图案组合。 

本发明的一实施例提出一种深度测量系统，其适于测量待测物的深度。 深度测量系统包括上述的投影装置以及摄像装置。投影镜头用以将图案光束投射至待测物，以在待测物上形成参考图案。摄像装置用以获取参考图案。 

在本发明的一实施例中，图案单元包括穿透式图案单元或反射式图案单元的至少其一。 

在本发明的一实施例中，当光源的数量为多个且图案单元的数量为多个时，图案单元分成多个图案单元对，每一图案单元对包括穿透式图案单元与反射式图案单元，光源分成多个光源对，光源对分别与图案单元对相对应，每一光源对的其一光源与对应的图案单元对的反射式图案单元相对应，每一光源对的另一光源与对应的图案单元对的穿透式图案单元相对应。