[发明专利]用于生成对象的三维图像的设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于利用非接触式激光三角测量传感器生成对象的表面的三维图像的设备。

背景技术

通常，这种激光扫描设备在现有技术中是众所周知的，且用于例如通过生成表示对象表面上多个点的点云测量对象的表面的三维形状。因此，能够生成待测量对象的表面的三维图像。

利用非接触式传感器的传统三维成像设备包括用于利用非接触式传感器测量对象的表面的形状并输出测量数据的形状测量设备(JP 3554264)、用于处理从形状测量设备输出的测量数据的计算机和用于利用计算机的控制显示对象的表面的三维图像的显示设备。

图6是传统形状测量设备的光学单元的示意图，该形状测量设备包括激光二极管111、扩束器112、第一镜113、第二镜114和第三镜115。从激光二极管111发射的光经过第一镜到第三镜113-115并照射待测量对象。从对象的表面反射的光经过第三镜115、第二镜114、第四镜116、成像透镜部分117，并进入作为非接触式传感器的CCD线阵传感器部分118。在形状测量设备中，容纳光学单元的外壳可围绕X轴旋转，并且第三镜115可围绕Y轴旋转，以利用激光二极管111扫描对象的表面。

图7示出了三维成像设备的原理。从激光二极管111发射的光照射待测量对象的表面，并且利用成像透镜部分117的成像透镜117a汇聚从表面反射的光，并成像到CCD线阵传感器部分118的线阵传感器118a上。线阵传感器118a上反射光的成像位置从形状测量设备输出作为测量数据。计算机利用用于测距仪的三角方法计算对象的表面的三维形状。线阵传感器118a还测量反射光的量，以获得对象的表面的对比度信息并产生对象的三维图像。

图8是三维成像设备的框图。电气控制设备150控制激光二极管111，并连接到编码器121来检测旋转第三镜115的电机119的旋转角度。信号从电气控制设备150输出到计算机200。信号通过坐标转换部分210和图像处理部分220转换为图像信号，以显示三维图像。

在图8中所示的三维成像设备中，编码器121附接到电机119以旋转第三镜115。编码器121产生编码器脉冲信号以围绕Y轴旋转第三镜115，从而检测激光的照射位置。在一个编码器脉冲信号和下一个编码器脉冲信号之间的时间段中，来自照射位置的反射光被作为电荷累积地存储在CCD线阵传感器部分118的线阵传感器118a的CCD装置中。测量编码器脉冲信号之间的时间间隔中存储在CCD装置中的电荷的总量，作为从照射位置反射的光的量。

CCD装置具有重置定时以释放存储的电荷。当如图9所示，在传统三维成像设备中，编码器121的编码器脉冲信号没有与CCD的重置定时同步时，存储在CCD装置中的电荷的总量不表示编码器脉冲信号之间存储的累积电荷。因此，传统三维成像设备没有测量从照射位置反射的光的正确量。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于基于在照射位置从对象的表面反射的激光的正确量的测量生成具有对象的正确位置和对比度信息的三维图像的改进设备。

通过实现独立权利要求的特征实现该目的。在从属权利要求中描述以替代或有利方式进一步发展本发明的特征。

根据本发明的第一目的，一种用于生成对象的三维图像的扫描设备包括：用于发射激光的激光源；用于朝向待测量对象的表面照射从激光源发射的激光的第一光学单元；用于成像从对象的表面反射的激光的第二光学单元；具有多个传感器元件的光敏检测器，用于检测来自第二光学单元的激光的成像位置；入射光测量装置，用于测量与进入光敏检测器的激光量对应的接收激光量；和处理单元。其中，处理单元用于以下述方式控制扫描设备：生成具有预定时间间隔的多个定时信号，这些定时信号控制光敏检测器的传感器元件的重置定时，在一个定时信号之后从激光源照射验证激光达短于预定时间间隔的时间段，利用入射光测量装置测量从对象的表面反射的验证激光的量，并且根据利用入射光测量装置测量的验证激光的量确定从激光源发射的测量激光的量。

特别地，激光源被构造为激光二极管。

特别地，光敏检测器被构造为线阵传感器(例如，CCD或CMOS线阵传感器)或被构造为面阵传感器(例如，CCD或CMOS面阵传感器/矩阵传感器)。

特别地，扫描设备进一步包括用于移动从激光二极管发射的激光的照射位置的移动装置和用于检测移动装置的移动的检测装置。其中，通过从检测装置输出的检测信号能够生成多个定时信号。然而，替代地，也可以通过控制单元触发所述多个定时信号。