[发明专利]基于并行四颜色通道的条纹投影三维形貌测量方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于并行四颜色通道的条纹投影三维形貌测量方法及装置。该装置包括计算机、可见光投影仪、红外投影仪、2CCD相机和半透半反镜；所述计算机分别与可见光投影仪、红外投影仪、2CCD相机连接；所述可见光投影仪和红外投影仪位于同一水平面；可见光投影仪和半透半反镜之间的距离与红外投影仪和半透半反镜之间的距离相同；所述半透半反镜垂直于水平面并且与可见光投影仪和红外投影仪的光轴均呈45°夹角。该方法将红、绿、蓝三颜色通道的三幅条纹图像复合为一幅复合彩色图像，同时投射复合彩色图像和红外图像，2CCD相机同时采集复合彩色和红外两幅图像，减少了投射条纹图像的数量，实现了单次测量即可得到物体的三维形貌，提高了测量速度。

技术领域

本发明涉及三维立体视觉测量领域，具体是一种基于并行四颜色通道的条纹投影三维形貌测量方法及装置。

背景技术

随着工业制造和测量技术的发展，三维形貌测量在工业在线检测、虚拟现实、文物保护、逆向工程、生物医学等领域得到广泛应用。与传统的技术(采用三坐标测量机恢复物体表面轮廓)相比，光学三维测量具有非接触、无损性、测量速度快等优点。条纹投影轮廓术以高精度、非扫描、全场测量等优点成为最可靠的技术之一。三维形貌数据是计算物体表面各种属性信息的核心，快速实现精确测量是提高产品质量的保证。因此，快速获取被测量物体表面三维形貌数据，对工业制造过程各个环节的质量保障具有重要的理论意义和应用价值。特别是随着科技进步和国民经济的发展，先进制造技术领域对生产过程的自动检测要求越来越严格，而三维形貌测量技术必将成为满足这种巨大需求的手段和媒介。虽然基于条纹投影的光学三维测量技术得到广泛发展，但是如何同时兼具速度快和精度高仍然是一大挑战。

传统基于条纹投影的快速三维测量可以分为两类：一种是投射单帧图像来检测物体的感兴趣的研究区域；另外一种是投射多帧相移条纹图像。尽管第一类测量方法对物体的运动不敏感，测量速度快，但是它的缺点是相位计算依赖空间邻近点的相位分布，不能恢复不连续的表面。第二种方法根据采集的多个相移条纹图在同一像素点的强度值来计算相位。和第一种方法相比，这种方法提供更高的相位测量精度和空间分辨率，缺点是投射多帧条纹图像，提高测量精度的同时，势必会降低测量速度。Zhang S.and Huang P.S.在“高分辨率实时三维形貌测量”(High-resolution,real-time three dimensional shapemeasurement,Opt.Eng.45,123601,2006)文章中使用改装的投影机和一个快速三步相移算法，只需要3幅图像即可得到物体的绝对相位。但是文章中使用的相位展开方法只适用于连续的物体。这使得该系统不能测量非连续、大梯度的物体，并且该测量系统需要改动硬件结构，操作困难，不宜推广。

综上所述，上述测量方法或是不能测量非连续物体，或是不能给出良好的测量精度，或是投射的条纹图像数量多，精度不高，需要改动硬件结构，操作困难，不宜推广。因此，提供一种硬件结构简单、算法测量精度高、速度快的基于投射多帧相移条纹图像的三维形貌测量方法成为现有技术中需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种基于并行四颜色通道的条纹投影三维形貌测量方法及装置。该方法将红、绿、蓝三颜色通道的三幅条纹图像复合为一幅复合彩色图像，同时投射复合彩色图像和红外图像，2CCD相机同时采集复合彩色和红外两幅图像，减少了投射条纹图像的数量，实现了单次测量即可得到物体的三维形貌，提高了测量速度。

本发明解决所述装置问题的技术方案是，提供一种基于并行四颜色通道的条纹投影三维形貌测量装置，其特征在于该装置包括计算机、可见光投影仪、红外投影仪、2CCD相机和半透半反镜；所述计算机分别与可见光投影仪、红外投影仪、2CCD相机连接；

所述可见光投影仪和红外投影仪位于同一水平面；可见光投影仪和半透半反镜之间的距离与红外投影仪和半透半反镜之间的距离相同；所述半透半反镜垂直于水平面并且与可见光投影仪和红外投影仪的光轴均呈45°夹角。