[发明专利]一种彩色3D测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种彩色3D测量系统。

背景技术

三维测量主要采用两个摄像机或者一个摄像机与光学折反射系统构成的双目立体视觉传 感器，从不同位置或者角度拍摄得到同一空间物体的多幅图像，基于视差原理即可获取物体 的三维几何信息，重建周围场景的三维形状与位置。三维测量通常有以下几种方法：

第一、结构光视觉测量技术。主要通过向被测对象投射相应模式的结构光，由摄像机拍 摄变形光条图像，基于光学三角原理来获取物体表面的三维信息。该技术已成为解决物体表 面形貌测量、空间位置测量、三维运动信息获取等许多在线测量的有效途径之一，具有非接 触、动态响应快、系统柔性好等特点，广泛应用于产品快速设计和加工质量控制、逆向工程 以及自动控制等诸多领域。

第二、相移测量技术(PMP)。其是利用一定相位差的多幅光栅条纹图像算出每个像素的 相位值，然后根据相位值计算物体的高度信息。具体过程如下：首先向被测物体表面投射光 栅条纹，所投射的条纹受到物体表面的形状调制而产生变形，再对变形的条纹图像进行处理， 解调出代表物体高度的相位信息，最后经过相位去包裹和几何计算就可以获得被测物体表面 的三维几何信息。PMP方法需要至少三幅以上的光栅条纹图像才能进行相位计算，同时被测 物体在拍摄过程中不能移动，通常适合于静态物体的三维测量。

第三、共焦扫描技术。基于点照明、点成像和点探测三点共轭的原理，当被测表面与探 测面共轭时，在点探测器上的像点最小，点探测器接收到的光能量最大；当被测表面偏离物 点时，探测器上的像点变大，点探测器接收到的光能量变小。测量时控制物点与被测面重合， 保证探测器的输出值最大，便可描绘出被测表面的形貌。共焦测量方法(如激光共焦扫描显微 镜)由于其高精度、高分辨率及易于实现三维成像数字化的独特优势在生物医学、半导体检测 等领域得到广泛应用。

第四、数字散斑技术，用数字方法记录散斑图像，通过对形变前后散斑图像进行匹配， 来获取待测物体的形变信息，也就是数字散斑相关测量方法。这里的“图像”代表所有反应 物面信息的可视载体，包括激光散斑图像、人工散斑图像和反应物面特征的其他形式的图像。 由于数字散斑相关测量技术具有对原始数据的采集方式比较简单、对测量环境的要求低、可 直接测量位移和应变两组信息、便于实现测量自动化等优点，在材料应力应变测量、结构承 受力分析等领域得到广泛应用。

此外，CA2686904A1中也公开了一种手持式扫描装置，能够在两种操作模式下完成三维 扫描。

但是，上述三维测量方法通常只能获得待测物体的三维几何信息，而无法提供全彩色信 息。为了获得彩色信息，现有技术中也出现了一些方法，具体如下：

CN104251995A在背景技术中公开了采用彩色相机对场景进行二维拍照，再将彩色照片 与三维点云数据进行合成，间接获得彩色三维点云数据，生成彩色三维模型。

CN104776815A在背景技术中进一步公开了在三维轮廓测量过程中，同时测量物体颜色 信息的两种解决方法：一是投影红外结构光，在用于获取物体颜色信息的彩色数据相机前加 上红外截止滤波片即可；二是通过频闪结构光的方式，先投影结构光，同时拍摄结构光的图 像用于计算三维轮廓，再关闭结构光拍摄彩色图像用于计算物体的颜色信息。

CN102980526A中进一步提出了仅采用黑白相机获取彩色图像的三维扫描仪及其扫描方 法。其公开的三维扫描仪，包括一个投影仪，至少一个黑白相机及一个控制系统。所述投影 仪分别向被扫描物体投射红、绿、蓝三种单色光。当所述投影仪向被扫描物体投射每种单色 光时，所述至少一个黑白相机从多个角度分别拍摄被扫描物体的多张图像。所述控制系统能 够以投影仪投红色光采集到的图像的灰度值作为红色通道的值，投绿色光采集到的图像的灰 度值作为绿色通道的值，以投蓝色光采集到的图像的灰度值作为蓝色通道的值，由组合的三 通道值得到完整的彩色图像，从而得到被扫描物体多个角度的彩色图像。

CN202074952U的技术原理与CN102980526A类似，其中进一步强调了仅使用单相机－ 单投影仪的三维形貌和彩色纹理获取系统。

CN1426527A中公开了一种数字化器，其中包括两个照相机和两个投影器，投影器中的 一个用于在目标物体表面上投影编码图案的光栅元件，另一个用于获取目标物体的纹理信息。