[发明专利]基于达曼光栅的物体三维轮廓测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种基于达曼光栅的物体三维轮廓测量装置，其特征在于由激光器(1)、准直透镜(2)、达曼光栅(3)、投影透镜(4)、左数码相机(L)、右数码相机(R)、传输线(6)、控制线(7)和计算机(8)构成，各部件的连接关系是：所述激光器(1)发出的光束依次经过准直透镜(2)、达曼光栅(3)、投影透镜(4)后，形成二维矩形投影点阵照明被测物表面(5)，由所述左数码相机(L)和右数码相机(R)同步采集被测量目标表面(5)三维面形调制的矩形点阵图案，经传输线(6)输入所述计算机(8)进行数据处理，该计算机(8)通过控制线(7)连接激光器(1)，所述计算机(8)具有图像采集接口、激光器控制接口和三维轮廓测量重建软件。

2.根据权利要求1所述的物体三维轮廓测量装置，其特征在于所述的达曼光栅(3)的空间分束比为NxM，N和M为正整数，对所述激光器(1)发出的激光的衍射后形成二维矩形点阵光束，在被测物表面(5)表面构成均匀的NxM点阵光斑。

3.利用权利要求1所述的物体三维轮廓测量装置进行物体三维轮廓的测量方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

①调整投影透镜(4)与被测物表面(5)之间的距离，使激光器(1)出射光所述达曼光栅(3)分束后通过所述投影透镜(4)形成二维矩形投影点阵光束照明被测物表面(5)上；

②通过所述的左数码相机(L)、右数码相机(R)对被测物进行同步图像采集，设定t时刻左数码相机(L)和右数码相机(R)采集的图像分别为I_L(t)和I_R(t)输入所述的计算机(8)，经该计算机(8)的三维轮廓测量软件的图像处理后获得包含物体被测区域的部分轮廓信息的点云数据P(t)；

③通过改变被测物体的测量部位，重复步骤②，得到不同部位，即不同测量时刻t的独立的点云数据集合{P(t)}，该点云数据集合{P(t)}通过所述计算机(8)的三维轮廓测量软件的点云数据处理后，得到物体的全视角点云数据P_F，并还原出物体三维轮廓信息，完成物体三维轮廓的测量。

4.根据权利要求3所述的物体三维轮廓的测量方法，其特征在于所述计算机图像处理的流程包括：图像同步滤波、图像特征匹配和图像点云构建。

5.根据权利要求4所述的物体三维轮廓的测量方法，其特征在于所述的图像同步滤波包括四通道图像滤波同步进行：

①第一通道高通滤波，获取仅含达曼光栅零级光点信息的零级光点图I⁰_L(t₁)和I⁰_R(t₁)；

②第二通道带通滤波，剔除掉物体表面色彩信息获取仅含物体轮廓信息的变形的达曼点阵图I^D_L(t₁)和I^D_R(t₁)；

③第三通道灰度滤波，获取剔除背景噪声但包含物体表面灰度变化信息的灰度信息图I^G_L(t₁)和I^G_R(t₁)；

④第四通道降噪滤波，获取保留物体纹理色彩信息低噪声图像I^P_L(t₁)和I^P_R(t₁)；

所述的第一通道滤波数据、第二通道滤波数据和第三通道滤波数据供图像处理流程内特征匹配环节使用，第四通道滤波数据供点云处理流程使用。