[发明专利]一种基于平面镜自动旋转平台的单目三维测量系统

说明书

本发明公开一种基于平面镜自动旋转平台的单目三维测量系统，属于光学测量领域。本发明所述系统包括平面镜自动旋转平台，平面镜，相机，计算机，照明光源，柔光板和补光板；实验进行两次拍摄，首先由右侧平面镜将从被测物体反射来的光反射向平面镜自动旋转平台再进入相机采集，进行第一次拍摄；调节步进电机驱动模块，利用步进电机细分技术，使平面镜自动旋转平台精确的顺时针旋转90度，将来自左侧平面镜的光反射入相机，进行第二次采集；最后对采集到的标定信息和物体表面信息进行处理和分析，得到物体表面的三维形貌。

技术领域

本发明涉及一种基于平面镜自动旋转平台的单目三维测量系统，属于光学测量领域。

背景技术

非接触式测量一直是当下研究的热点，它在不接触物体表面就可获得物体三维信息的特点一直受研究者青昧，并且在无损检测等工业领域得到了广泛应用。光学测量技术是非接触测量里的重点。主动式光学测量需向待测物体表面发射可控制信号，再通过比较发射信号和返回信号就可获取待测物体的表面三维信息，但无论是激光测距法或者是结构光测量法亦或是信号干涉测量法，都需要一个专门的投影仪向待测物体投射激光、结构光或者散斑，造价昂贵，需要花费较大成本。

被动式光学测量是通过摄影方法来重建待测物体表面三维信息；基于单目相机的测量方法，结构简单，速度快，投入少，但是其获得的待测物体表面三维信息的精确度较低。基于双目相机的测量方法，需由两台相机从两个不同的角度对待测物体的表面进行同时拍摄，其获得的三维信息精度高，但是该方法对两台相机具有极高的同步拍摄要求，并且都需要内外参的标定，繁琐且耗时。

发明内容

本发明提出了一种基于平面镜自动旋转平台的单目三维测量系统，其结构简单，速度快，投入少；只需要通过平面镜反射使ccd相机前后拍摄两幅照片就可精确获取待测物体表面的三维信息。

本发明采用如下技术方案：一种基于平面镜自动旋转平台的单目三维测量系统，该系统包括平面镜自动旋转平台1、平面镜Ⅰ2、平面镜Ⅱ3、相机4、计算机5、照明光源6、柔光板7和补光板8；照明光源6照射被测物体表面，将来自物体表面的光折射向平面镜Ⅰ2和平面镜Ⅱ3，调整平面镜Ⅰ2和平面镜Ⅱ3的角度，使光呈45度角入射平面镜自动旋转平台1上的平面镜Ⅲ16，平面镜Ⅲ16先将来自平面镜Ⅰ2的光线反射到相机4上，平面镜Ⅲ16顺时针旋转90度，再将来自平面镜Ⅱ3的光线反射到相机4，计算机5将相机4采集到的标定信息和实验数据分别进行相机标定和图像处理，得到被测物体的三维形貌。

优选的，本发明所述照明光源6上方还设有柔光板7和两个补光板8。

优选的，本发明所述平面镜自动旋转平台1包括步进电机11、圆齿轮Ⅰ12、冠状齿轮13、圆齿轮Ⅱ14、旋转平台15、平面镜Ⅲ16和驱动控制模块17；所述步进电机11的转动轴上装有圆齿轮Ⅰ12，圆齿轮Ⅰ12与冠状齿轮13的冠齿相啮合，冠状齿轮13的圆齿与圆齿轮Ⅱ14相啮合，圆齿轮Ⅱ14通过固定轴与旋转平台15相连接，旋转平台之上固定有平面镜Ⅲ16；驱动控制模块17与步进电机11连接，步进电机11的输出轴与圆齿轮Ⅰ12连接；驱动控制模块17驱动步进电机11，通过圆齿轮Ⅰ12带动冠状齿轮13旋转，再由冠状齿轮13的圆齿带动圆齿轮Ⅱ14旋转，最后由圆齿轮Ⅱ14带动整个旋转平台转动。

优选的，本发明所述相机4为普通ccd工业相机并配备普通定焦镜头。

优选的，本发明所述步进电机11可为二相步进电机，三相步进电机或者四相步进电机。

一种基于平面镜自动旋转平台的单目三维测量系统，测量方法包括以下步骤：

(1)固定被测物体，固定平面镜自动旋转平台使其平面镜反射面先朝向右45°，如图1实线部分所示。

(2)照明光源发出白光，经由柔光板柔化，再射向被测物体。

(3)补光板将被测物体散射而出的光线再次利用，使被测物体表面受光均匀。