[发明专利]基于伪随机散斑的三维测量系统、方法及装置

说明书

本发明涉及一种基于伪随机散斑的三维测量系统，其包括图像获取装置、图像预处理装置、系统标定装置、高度计算装置以及三维数据处理装置，其中，图像获取装置采集参考基准平面的散斑图像和待测目标表面的散斑图像；图像预处理装置根据参考基准平面的散斑图像和待测目标表面的散斑图像进行图像处理；系统标定装置根据参考基准平面的散斑图像得到标定参数；高度计算装置根据处理后的参考基准平面的散斑图像和处理后的待测目标表面的散斑图像得到相应的质心偏移量；三维数据处理装置根据各个散斑点相对参考基准平面的高度值得到待测目标表面的三维轮廓信息。本发明还公开一种基于伪随机散斑的三维测量方方和一种基于伪随机散斑的三维测量装置。

技术领域

本申请涉及光学测量技术领域，尤其涉及一种基于伪随机散斑的三维(3-Dimension，3D)测量系统、一种基于伪随机散斑的三维测量方法和一种基于伪随机散斑的三维测量装置。

背景技术

与传统二维图像信息相比，三维信息能够更全面、真实地反映客观物体，并实现了许多传统二维图像信息无法胜任的检测需求，如：测量高度、深度、厚度、平面度、翘曲度、磨损划伤等情况。随着工业发展的不断迭代，许多三维测量技术也日趋成熟。其中，由于结构光三维测量技术具有非接触、高精度、高效率、抗干扰强等特点，近些年结构光三维测量在工业自动化和智能制造中发挥着越来越重要的作用，其被广泛应用到半导体行业(印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)检测、芯片检测、手机行业、五金行业等领域。

结构光三维测量技术根据投射器光源的不同，通常大致可分为：点结构光技术、线结构光技术以及编码结构光技术。其中，点结构光技术的算法简单、计算量小、测量精度高，但其一次只能获取单个轮廓点的高度信息，需要借助精密位移台进行X方向和Y方向扫描才能完成全场测量，从而使得测量效率较低。线结构光技术一次可以获取单条轮廓线的高度信息，需要借助精密位移台进行Y方向扫描才能完成全场测量，与点结构光技术相比，线结构光技术的算法更复杂、计算量更大、测量精度更低。编码结构光技术通过相移解相位的方法可以一次获取全场表面轮廓的高度信息，与点结构光技术相比，其无需借助紧密位移台，但需要一次投影多幅条纹，导致算法复杂、计算量大、处理速度慢且测量精度不高。

因此，如何快速高效地实现一次性获取高精度的全场表面轮廓高度信息是目前结构光三维测量技术是技术人员亟需解决的问题。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种基于伪随机散斑的三维测量系统，旨在解决现有结构光三维测量技术获取全场表面轮廓高度信息存在的测量精度低、处理速度慢、检测效率不高等问题。

一种基于伪随机散斑的三维测量系统，包括图像获取装置、图像预处理装置、系统标定装置、高度计算装置以及三维数据处理装置，其中，所述图像获取装置，与所述图像预处理装置电连接，用于采集参考基准平面的散斑图像和待测目标表面的散斑图像，并将所述参考基准平面的散斑图像和所述待测目标表面的散斑图像传输给所述图像预处理装置；所述图像预处理装置，与所述系统标定装置和所述高度计算装置电连接，所述图像预处理装置用于根据所述参考基准平面的散斑图像和所述待测目标表面的散斑图像进行图像处理，将处理后的参考基准平面的散斑图像传输给所述系统标定装置和所述高度计算装置，并将处理后的待测目标表面的散斑图像传输给所述高度计算装置；所述系统标定装置，与所述高度计算装置电连接，所述系统标定装置用于根据所述参考基准平面的散斑图像得到相应的标定参数，并将所述标定参数传输给所述高度计算装置；所述高度计算装置，与所述三维数据处理装置电连接，所述高度计算装置用于根据处理后的参考基准平面的散斑图像和处理后的待测目标表面的散斑图像得到相应的质心偏移量，并将所述质心偏移量结合各个散斑点的标定参数计算得到所述待测目标表面的散斑图像上各个所述散斑点相对所述参考基准平面的高度值，并将得到的所述高度值传输给所述三维数据处理装置；所述三维数据处理装置，用于根据各个所述散斑点相对所述参考基准平面的高度值得到所述待测目标表面的三维轮廓信息，并对所述待测目标表面的三维轮廓信息进行分析与检测。