[实用新型]基于差分投影的立体视觉三维检测装置

说明书

本实用新型为一种基于差分投影的立体视觉三维检测装置，属于光学测量技术领域。本实用新型装置包括投影模块、拍摄模块和微处理器，投影模块用于投射随机图案或编码结构光图案；拍摄模块用于拍摄被测样品表面；微处理器用于控制各模块的运行与数据处理。本实用新型首次将差分投影与立体视觉装置进行结合，具有测量速度快，测量精度高，可用于复杂光照和纹理背景条件下测量等优点，可用于复杂环境下的三维形貌测量。

技术领域

本实用新型属于光学测量技术领域，特别涉及可用于复杂光照和纹理背景条件下物体表面三维形貌的高精度测量，具体是一种基于差分投影的立体视觉三维检测装置。

背景技术

三维检测技术作为一项重要的检测手段，被广泛应用于工业检测、物流分类、虚拟现实、智能机器人等领域。相对于传统的二维图像检测，三维检测技术增加了深度信息，能够直观反映出物体在三维空间中的位置与姿态，极大地提高了物体检测的能力。随着信息技术的发展，仪器自动化水平的提高，迫切需要测量速度快、测量精度高并且能够在复杂环境下工作的三维形貌检测装置。

随着计算机视觉的发展与微处理器性能的提升，基于立体视觉的三维形貌检测装置由于其非接触、速度快、精度高等优势得到了越来越多的应用。基于立体视觉的三维形貌检测装置按照原理主要分为基于飞行时间技术的三维形貌检测装置、基于被动立体视觉技术的三维形貌检测装置和基于主动立体视觉技术的三维形貌检测装置。其中，基于飞行时间技术三维形貌检测装置的帧率高、测量范围大，但是近距离精度受限，且空间分辨率较低；基于被动立体视觉技术的三维形貌检测装置的系统简单，但是测量精度较低，且容易受到物体表面纹理和环境光照影响；基于主动立体视觉技术的三维形貌检测装置增加了投影系统，能够克服被测物体缺少纹理、拍摄环境光照不足等问题，但是在深度信息的提取上仍然容易受到复杂纹理背景、变化光照条件等影响。

综上可以发现，对于三维形貌测量，目前现有的基于立体视觉的三维检测装置无法同时满足测量精度高、测量速度快和能够在复杂环境下工作这几个特点。但在实际情况中，通常要求对待测样品表面做出快速且高精度的形貌检测，被测环境通常存在其他光源干扰，被测样品的表面可能存在复杂纹理。因此，上述这些基于立体视觉的三维形貌检测装置在实际生产应用中都存在一定限制，如何更大程度地拓展基于立体视觉技术三维形貌检测装置的适用范围仍是目前亟待解决的重要问题。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型提出了一种基于差分投影的立体视觉三维检测装置，利用被测表面被投影前后拍摄得到的图像数据的差值，排除了背景和被测样品本身纹理的影响，解决了测量环境存在光源干扰、被测样品存在复杂纹理等不良因素导致无法完成立体匹配的问题，最终实现在复杂环境下的三维检测。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种基于差分投影的立体视觉三维检测装置，包括投影模块、拍摄模块以及微处理器；

所述投影模块包括图像显示器和投影镜头，图像显示器上产生投影图案，投影镜头将投影图案投射到被测样品表面；

所述拍摄模块包括成像镜头和图像传感器，成像镜头接受来自被测样品表面的光，并将其成像到图像传感器上，由图像传感器拍摄图像；

所述微处理器控制所述投影模块和所述拍摄模块正常工作，对来自所述拍摄模块的图像数据进行差分处理和三维解算，并输出被测样品表面的三维形貌数据。

上述检测装置中，投影模块由投影仪外壳、投影镜头和图像显示器组成，图像显示器固定于投影仪外壳内，投影镜头通过镜头尾端的螺纹与投影仪外壳连接。拍摄模块由相机外壳、成像镜头和图像传感器组成，成像镜头通过镜头尾端的螺纹与相机外壳连接，图像传感器固定于相机外壳中。投影模块、拍摄模块与微处理器通过数据线相互连接。

进一步地，所述投影模块的图像显示器为DLP、液晶显示器、激光显示器和静态图片显示器中的一种。