[发明专利]一种基于双光机的光刀光栅混合式三维测量装置及测量方法

说明书

本发明提供一种基于双光机的光刀光栅混合式三维测量装置及测量方法，包括双目立体视觉系统，所述双目立体视觉系统由一个左摄像机与右摄像机共同构成；在左摄像机与右摄像机所在轴线的正中心位置放置第一光机和第二光机；其中，第一光机为投影白光的数字投影仪，用于光栅模式测量；第二光机为投影扫描式激光光刀的微振镜激光投影仪，用于生成扫描式激光光刀；其步骤为：1.光栅模式下扫描并得到视差图及视差质量图；2,光刀模式下扫描得到视差图及视差质量图；3根据质量图将两个视差图融合并在双目立体视觉系统下重建躯体轮廓。可以快速实现不同表面特性物体三维轮廓测量。

技术领域：

本发明属于光学检测领域，涉及一种三维轮廓的光学测量方法，特别是一种基于双光机的光刀光栅混合式三维测量方法。

背景技术：

三维扫描技术应用越来越广泛，为了实现物体快速精确的三维测量，通常采用多摄像机拍摄的立体视觉方法和条纹投影的结构光方法。传统的相移轮廓术法能够测量任何曲面形状的物体，测量范围广，但该方法存在标定困难，反射率问题；双目立体视觉法测量系统简单但是存在匹配难的问题。而将这两种方法结合起来，利用相移轮廓术法测量出的绝对相位值辅助立体视觉法进行特征匹配，不仅解决了立体视觉“匹配难”的问题，另外还简化了系统结构，提高了测量精度。但是该方法测量对象具有局限性，不能测量高反物体，比如金属表面，高反表面不同角度反射率不均匀，造成局部过曝光，无法测量；

线结构光测量法是一种传统三维测量方法，属于结构光主动测量技术。线结构光测量法，又称光刀法，是以一条或多条光线(光刀)图像来重现物体三维形貌，即从光刀图像中提取光刀中心位置，然后利用三角测量原理对光刀中心逐点进行求解，来获得形面三维数据。该技术以其非接触性、灵敏度高、实时性好、抗干扰能力强、对于金属等高反表面同样可以进行测量等优点，用于多领域工业检测场合。例如，其对诸如航空发动机叶片、汽轮机叶片、伞形齿轮、螺旋齿轮等复杂精密零件的轮廓进行测量有着重要意义。然而其缺点在于扫描需要运动机构配合，降低了测量效率及精度。此外，结构光测量法的测量精度依赖于激光器所投影光刀的宽度及亮度，为提高精度势必需要更高的成本。

目前，在大多数光学三维测量系统里，光栅法和光刀法必须用两种测量系统实现。光栅法一般采用数字投影仪进行白光投影，无法实现光刀扫描；光刀法结构包括激光器及运动机构，结构复杂。因而难以通过一套简单且低成本的系统实现两种方法的混合式测量。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种光刀与光栅结合的三维测量方法，该测量系统采用两个光机，一个光机为光栅模式下投影白光的数字投影仪，另一个为光刀模式下投影扫描式激光光刀的微振镜激光投影仪，可以快速实现不同表面特性物体三维轮廓测量。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

一种基于双光机的光刀光栅混合式三维测量装置，其特征在于：左摄像机与右摄像机共同构成双目立体视觉系统；左摄像机与右摄像机所在轴线的正中心位置放置两个光机。其中，第一光机为投影白光的数字投影仪，用于光栅模式测量；第二光机为投影扫描式激光光刀的微振镜激光投影仪，用于光刀模式测量。测量系统共有两个模式：模式一是光栅测量模式；模式二是光刀测量模式。

所述的第二光机为微振镜激光投影仪，用于生成扫描式激光光刀，技术如下：

第一步，设计系统工作参数。根据线结构光的工作距离确定最大工作距离L₂，最小工作距离L₁；景深范围内ΔL的最大光斑ω_max；线结构光步进式移动的行数R，R由激光光束特性决定。