[实用新型]一种双屏兼多频投影条纹的三维形貌测量仪

说明书

技术领域

本实用新型属于光电无损检测仪器与技术，涉及一种双屏&多频投影条纹的三维形貌测量仪。

背景技术

三维形貌光学测量技术发展从早期的影栅云纹法发展到投影栅线法，直到现在流行的投影条纹法。与机械形貌计相比，这些光学测量方法具有非接触、无损、精度高的特点，已经开始应用于人体医学、汽车工业和显微器件等形貌测量领域。特别是投影条纹法还具有以下明显优势：由计算机产生栅线来替代物理光栅，可实现栅线频率和相移量的任意可变，一般采用三步或四步相移法可实现高精度的三维形貌测量。现今的投影栅线三维形貌测量仪由两部分组成，一是投影仪将计算机产生的光栅投影到物体表面，二是CCD摄像机将经物体高度调制后的变形栅线采回到计算机中，进行相移、去包裹等图像处理算法后，得到物体的三维形貌。这类相移投影栅线形貌测量仪普遍存在以下缺点：

1. 将计算机生成的栅线画在监视器屏幕上，由投影仪将监视器屏幕投射出去。在整个栅线投射过程中，监视器屏幕被占用、不能执行任何鼠标操作，无法实时调整投影仪和CCD摄像机上的变焦镜头，也无法实时检查采集回来的图像质量是否满足相移法的要求。

2. 投影仪投射栅线和CCD摄像机采集图像不同步，造成错误的包裹相图，需要人工参与解决，无法实现动态、自动化测量要求。

3. 相位去包裹算法对空间不连续的物体表面失效，无法得到空间内多个物体的去包裹相位，通用性和可靠性差。

实用新型内容

本实用新型提供了一种双屏&多频投影条纹三维形貌测量仪，解决监视器屏幕被占用、投影与采集不同步和不连续表面测量等问题。该测量仪能自动生成多种频率的相移条纹，保持条纹投影和图像采集同步，可测量不连续表面的物体，适用于任意设置的投影仪和CCD摄像机，具有简单、通用性好、可靠性强和自动化测量的特点。

本实用新型的技术方案是：

一种双屏兼多频投影条纹的三维形貌测量仪，包括计算机、显卡DVI投影仪、显卡VGA、监视器、图像采集卡和CCD摄像机，显卡DVI和显卡VGA连在计算机的主板上，投影仪经转换接头与显卡DVI插槽连接。主监视器与显卡VGA连接，CCD摄像机通过图像采集卡连接到计算机的主板。

利用计算机双屏幕显示技术，计算机显卡VGA插槽连接的主屏幕上实时显示CCD摄像机采集的图像。主监视器与计算机显卡VGA插槽连接并且将Windows桌面扩展到该监视器上产生副监视器（虚拟屏幕），虚拟屏幕作为副显示器，由主监视器（主屏幕）和副显示器（虚拟屏幕）组成双屏显示系统。

计算机在虚拟屏幕上产生的多频相移正弦条纹，经投影仪投射到物体表面，同时在虚拟屏幕内同步触发CCD摄像机采集图像保存到计算机中，投影条纹依次循环产生相移，在计算机监视器的主屏幕上经过多频条纹图像处理计算得到不连续物体表面的三维形貌。

其中，投采程序在虚拟屏幕中生成多种频率的相移正弦条纹，通过与计算机显卡DVI插槽连接的投影仪投射到物体表面。与此同时，投采程序同步触发与计算机内图像采集卡连接的CCD摄像机采集图像。

上述的双屏兼多频投影条纹三维形貌测量仪的测量方法，包括以下步骤：

a.安装与调整：将主监视器与计算机显卡VGA插槽连接，并且显示设置选择将Windows桌面扩展到该监视器上，产生虚拟屏幕。将投影仪经转换接头与计算机显卡DVI插槽连接，并将虚拟屏幕投射到被测物体上。将CCD摄像机连接与计算机内图像采集卡连接，打开测量显示程序实时观察采集的图像，调整投影仪和CCD摄像仪器的位置和变焦镜头，使得物体成像清晰、测量范围合适。

b. 投采与测量：在虚拟屏幕中生成多种频率的相移条纹，利用计算机双屏显示技术，通过投影仪投射出去，同步触发CCD摄像机采集图像到计算机硬盘中。依次循环，直到投采结束。在投采过程中，可以在主屏幕上运行测量显示程序，实时分析测量结果，得到不连续物体表面的三维形貌。

其中，所述的投影仪投射相移条纹和同步触发CCD摄像机采集图像，该过程在虚拟屏幕中执行。

如果，同一条纹频率下的四幅相移图像计算出相应包裹相位图，这样得到多种条纹频率下的包裹相图，经图像处理后可得到不连续物体表面的三维形貌，该过程在主屏幕中执行。

本实用新型由于采取了以上的技术方案，与现有技术相比，其产生的技术效果是：

（a）突破了物理光栅的限制，本实用新型利用计算机生成的正弦条纹经投影仪投射到物体表面，不仅保证光栅质量，而且条纹频率和相移量可调。

（b）突破了压电陶瓷相移器的限制，本实用新型利用计算机生成同一条纹频率下的四幅相移正弦条纹，相移量绝对准确。