[发明专利]一种适用于强反射表面的三维扫描测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种适用于强反射表面的三维扫描测量方法，采用一种基于DMD相机的三维扫描测量装置，该装置由数字微镜器件DMD、CMOS图像探测器、TIR棱镜、两个透镜组和处理器构成的线性空间不变的DMD相机和数字投影设备DLP4500组成。测量时，首先，采用四步相移法，数字投影设备DLP4500向被测强反射表面依次投射不同相位的正弦光栅图案；接着，利用DMD相机，实现对入射光线的自适应高动态范围成像，最终获得清晰的待测量图像；最后，利用基于光栅投影的相位法实现对待测量图像的三维测量。本发明可从根源上解决强反射表面的三维几何特征测量中因局部过曝光造成的三维点云缺失问题，增强环境适应性。

技术领域

本发明属于机械测试领域，涉及一种基于结构光的强反射表面三维扫描测量方法，尤其涉及一种基于自适应高动态范围成像的强反射表面三维扫描测量装置与方法。

背景技术

结构光三维扫描测量技术以其非接触、高效率、较高精度和丰富的点云信息等优点已经广泛应用于先进制造领域，其大量的测量信息正是新型制造模式的基本保障和核心内容，其主要应用于评价产品的制造质量、零件装配中精确定位等；更进一步地实施于逆向工程，反馈设计质量和辅助设计等。目前，成熟的结构光三维扫描测量技术主要针对漫反射表面的三维几何特征测量，难以有效地实现对高亮、类镜面、透明物体以及无规则散射等强反射表面的三维几何特征测量，其主要原因是强反射表面的局部强反射光易形成高光区域(局部存在镜面反射导致)，这种高光容易致使相机曝光量饱和，造成因结构光图像的局部相位信息缺失而导致被测表面特征提取不准确，从而引起测量失效或产生较大的测量误差。实际上，工业制造中存在着大量的高亮、类镜面等强反射表面，例如，汽车白车身、挡风玻璃、飞机机体、发动机叶片、抛光模具、电镀零件、光学元件、集成电路晶片、以及大量的精加工零部件等，其表面均存在全部或局部强反射性质，而它们的三维尺寸、形状和表面轮廓、表面缺陷等几何特征往往是这些产品的重要参数，直接与产品质量甚至是致命的缺陷信息等相关联，因此必须准确获取。

国内外学者为解决强反射表面的三维几何特征测量这类问题开展了大量的研究，但现有的技术仍存在一些问题。其中，多角度法有时难以找到合适的角度使得不同视场中高光位置不重叠；偏振法需外加偏振片且测量过程较复杂，会增加测量的复杂度；双色模型法需要通过空间聚类的方法分离高光与漫反射分支，这也使得这种方法受被测物体表面噪声的影响很大；条纹反射法适用于纯镜面物体的三维重构，而对混合表面效果不佳；而多次曝光法仅解决了拍摄图像中高光信息饱和的问题，但未能修正高光带来的条纹中心偏移现象。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明基于数字微镜器件(Digital MicromirrorDevice，DMD)具有的调制入射光线空间信息的特性，研制了一套新型的三维扫描测量装置，并提出基于自适应高动态范围成像的强反射表面三维扫描测量方法方法，从根源上解决强反射表面的三维几何特征测量中因局部过曝光造成的三维点云缺失问题，提高三维视觉测量系统的视觉显现力和测量精度，增强环境适应性。