[实用新型]一种结构光投影的高速三维测量系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及结构光投影的三维测量领域,尤其是一种结构光投影的高速三维测量系统。

背景技术

光学三维扫描是将光栅连续投射到物体表面，摄像头同步采集图像，然后对图像进行计算，并利用相位稳步极线实现两幅图像上的三维空间坐标（X、Y、Z），从而实现对物体表面三维轮廓的测量。实时三维扫描是三维传感技术发展的方向，目前实现实时三维扫描的方法主要有两大类，一类是采用傅里叶变换三维测量轮廓术，该方法由于只需要一幅干涉图即可对整个范围进行分析，其测量系统简约，分辨率高，处理数据快，但是由于其测量精度极度依赖于条纹的质量，当物体形状较复杂时，其测量精度急剧下降，因此其测量领域具有很大限制。另一类是采用相移三维测量轮廓术，该方法优点是测量精度高，可以用于面形复杂的物体表面的测量，但是由于需要投影三幅以上相移精确的条纹图像，因此其测量速度很慢，测量效率很低，远远不能满足高速三维测量的要求；为了解决上述问题，中国专利文献CN101957183A公开了一种结构光投影的高速三维测量系统，其结构具体如下：包括一套相移图像投影单元和高速摄

影机；所述相移图像投影单元包括多色LED点光源阵列，在沿所述多色LED点光源阵列的出光方向上所述相移图像投影单元还包括依次排列的准直透镜、光栅、一对平行放置的反射光栅或一对颠倒放置的三棱镜、投影透镜；所述结构光投影三维测量系统还包括用于驱动所述多色LED点光源阵列的驱动电路；所述高速摄影机用于拍摄所述光栅在被测物体表面的投影像；所述高速摄影机快门频率与所述多色LED点光源阵列频闪的频率同步。此技术方案使得结构光投影的高速三维测量系统能够同时满足测量效率高、测量速度快的要求。

但是，上述现有技术中还存在以下问题：第一，就是到达光栅上的光束质量不够高，比较杂乱而且无序，不利于后续的投影透镜的投影；第二就是光在光栅上的光照面积过小，不利于投影成像，对物体表面三维轮廓的测量会造成一定的影响。

实用新型内容

为了克服上述问题，本实用新型向社会提供一种到达光栅上的光束质量更高的、同时光栅上的光照面积更大的高速三维测量系统。

本实用新型的技术方案是：提供一种结构光投影的高速三维测量系统，包括LED点光源、光处理结构、光栅，以及投影透镜，所述光栅所成的像通过高速照相机或摄影机拍摄，所述LED点光源的发光和所述高速照相机或摄影机的拍摄是由控制电路控制的，且所述高速照相机或摄影机的拍摄是在所述LED点光源发光时进行的，所述光处理结构包括至少一个平凸透镜，所述光处理结构、光栅、以及投影透镜沿所述LED点光源的光的照射方向依次排列设置。

作为对本实用新型的改进，所述的至少一个平凸透镜是1－6个平凸透镜。

作为对本实用新型的改进，两个以上的平凸透镜的面积是从离所述LED点光源最近的所述平凸透镜开始，依次逐渐增大的。

作为对本实用新型的改进，两个以上的平凸透镜是相隔预定距离设置的。

作为对本实用新型的改进，两个以上的平凸透镜是前后层叠设置的。

作为对本实用新型的改进，两个以上的平凸透镜中的最后一个平凸透镜可用双凸透镜代替。

作为对本实用新型的改进，靠近所述LED点光源的平凸透镜上设有隔热膜，所述隔热膜设在所述平凸透镜上的靠近所述LED点光源的一面。

作为对本实用新型的改进，所述高速照相机或摄影机的数量是一个或者两个。

作为对本实用新型的改进，所述光栅是通过在玻璃片上设置若干大小不同的点制成的。

作为对本实用新型的改进，所述光栅是可通过所述控制电路控制而呈现出图案的液晶屏。

本实用新型由于所述光处理结构包括至少一个平凸透镜，所述光处理结构、光栅、以及投影透镜沿所述LED点光源的光的照射方向依次排列设置。本实用新型中，至少一个的平凸透镜对LED点光源11发出的光进行处理，使得LED点光源11发出的光线变成质量更高的的平行光束，这样就会使得光在光栅上更加集中且清晰，最后再通过投影透镜投射在被测物体表面(即投影平面)，利用LED快速的频率响应特性和光处理结构实现光栅图像的高速相移，再使用高速照相机或摄影机进行同步拍摄，从而实现高速的三维测量。因此，本实用新型具有达光栅上的光束质量更高的、同时光栅上的光照面积更大的优点。

附图说明

　图1是本实用新型第一种实施例的结构示意图。

图2是本实用新型第二种实施例的结构示意图。