[发明专利]一种基于DLP投影仪的快速条纹投影系统

说明书

本发明公开了一种基于DLP投影仪的快速条纹投影系统，包括图像发生与同步电路、改进DLP投影仪、待测物体、分光镜、彩色摄像机、高速摄像机、计算机，图像发生与同步电路连接改进DLP投影仪，为其提供投影图像信号与同步信号，同时图像发生与同步电路还连接彩色摄像机与高速摄像机，并为它们分别提供同步信号；改进DLP投影仪向待测物体投出指定的光栅条纹，经过待测物体反射的光线被分光镜一分为二，分别被彩色摄像机与高速摄像机所拍摄，图像信号分别传输入计算机进行处理分析；其中该改进DLP投影仪的光轴与高速摄像机水平放置。本发明采用FPGA直接为其提供高速投影视频信号，并设计时序使CCD相机与投影仪之间达到同步，即可实现高达360Hz的高速条纹投影与采集。

技术领域

本发明属于三维光学测量系统，特别是一种基于DLP投影仪的快速条纹投影系统。

背景技术

三维扫描(又称为三维测量)技术总体上可分为接触式与非接触两大类,扫描机理包括有光、机、电、磁、声等(刘利.三维测量技术新动态[J].机电一体化,1997,(1):20-23.)。接触式三维扫描中的典型代表三坐标测量机是近三十年发展起来的一种高效率的新型精密仪器,广泛地应用于航空航天、电子消费品、汽车和机械制造等工业领域。传统的接触式三维扫描仪大多采用机械的探针触发式测头进行扫描,通过程序的编写来规划扫描的路径并进行各个点的位置的精确扫描。三坐标测量机的优点是测量精度高,但是它的造价非常昂贵,结构比较庞大,对环境要求相对较高,测量速度慢，尤为重要的是某些物体不允许被接触，例如某些易坏的文物，柔软的组织等等。非接触的测量法则弥补了这一缺点。光学式三维(以光学三角法为代表)扫描时,传感器无需和物体直接接触,可以避免探测针对物体(例如贵重文物)表面的损伤,减少探测针对物体表面施加的压力从而使物体表面发生形变，这对扫描非刚性物体来说至关重要(邵双运.光学三维测量技术与应用[J].现代仪器,2008,(3):10-13)。由于可以在离待测物较远的位置放置传感器,且测量的速度相对较快,所以此方法特别适合在线实时检测和对危险区域进行测量。在众多非接触三维扫描方法中，最具代表性的方法是基于结构光投影的方法，其原理是采用不同的投射装置向被测物体投射不同种类的结构光，同时拍摄经被测物体表面调制而发生变形的结构光图像，然后从携带有被测物体表面三维形貌信息的图像中计算出被测物体的三维形貌数据。由于结构光投影具有结构简单、点云重建效率高等优点，故在机器视觉、工业自动化加工检测和实物仿型、逆向工程及文物遗产保护等领域展现出了强大的生命力和巨大的应用潜力。

虽然结构光三维测量技术本身已经较为成熟，但目前商品化的结构光三维测量系统，单幅测量时间普遍超过了2秒，甚至需要数十秒以上。这样的测量速度，使其难以对于动态物体或者变化场景进行实时三维测量。然而，在诸如工业生产流水线上产品质量的在线检测、压模件尺寸监测、冲压板几何形状和形变检测、机车冲撞试验、压力波传播、不连续边界的应力集中、智能机器人运动控制、汽车制导中障碍检测、流体力学、流程可视化、运动力学、弹道学、高速旋转等这样一些动态过程需要对观察对象进行三维面形实时测量。这些动态过程的三维测量将有助于描绘和分析动态过程中物体表面形态的变化，并进一步提取与被测物体相关的结构、形变、应力等物理参数，在科学研究和工程应用领域具有重要意义(吴春才,苏显渝.动态过程的三维面形测量[J].光电子：激光,1996,(5):273-278.)。此外，高速，高分辨率成像与投影器件的迅速发展也催使人们将视野从二维高速成像转向了三维快速传感领域。高速三维形貌测量可以满足从高新技术领域(如冲击、爆轰、弹道飞行等)到一般民用的技术领域(如实验力学、材料力学、生物医学、高速旋转物体、瞬态过程等)的动态领域分析需要，具有重要的科学意义和广阔的应用背景。因此，必须将结构光三维测量系统进行高速化。