一種彩色3d測量系統的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種彩色3D測量系統。
【背景技術】
[0002]三維測量主要采用兩個攝像機或者一個攝像機與光學折反射系統構成的雙目立體視覺傳感器，從不同位置或者角度拍攝得到同一空間物體的多幅圖像，基于視差原理即可獲取物體的三維幾何信息，重建周圍場景的三維形狀與位置。三維測量通常有以下幾種方法:
[0003]第一、結構光視覺測量技術。主要通過向被測對象投射相應模式的結構光，由攝像機拍攝變形光條圖像，基于光學三角原理來獲取物體表面的三維信息。該技術已成為解決物體表面形貌測量、空間位置測量、三維運動信息獲取等許多在線測量的有效途徑之一，具有非接觸、動態響應快、系統柔性好等特點，廣泛應用于產品快速設計和加工質量控制、逆向工程以及自動控制等諸多領域。
[0004]第二、相移測量技術(PMP)。其是利用一定相位差的多幅光柵條紋圖像算出每個像素的相位值，然后根據相位值計算物體的高度信息。具體過程如下:首先向被測物體表面投射光柵條紋，所投射的條紋受到物體表面的形狀調制而產生變形，再對變形的條紋圖像進行處理，解調出代表物體高度的相位信息，最后經過相位去包裹和幾何計算就可以獲得被測物體表面的三維幾何信息。PMP方法需要至少三幅以上的光柵條紋圖像才能進行相位計算，同時被測物體在拍攝過程中不能移動，通常適合于靜態物體的三維測量。
[0005]第三、共焦掃描技術。基于點照明、點成像和點探測三點共軛的原理，當被測表面與探測面共軛時，在點探測器上的像點最小，點探測器接收到的光能量最大；當被測表面偏離物點時，探測器上的像點變大，點探測器接收到的光能量變小。測量時控制物點與被測面重合，保證探測器的輸出值最大，便可描繪出被測表面的形貌。共焦測量方法(如激光共焦掃描顯微鏡)由于其高精度、高分辨率及易于實現三維成像數字化的獨特優勢在生物醫學、半導體檢測等領域得到廣泛應用。
[0006]第四、數字散斑技術，用數字方法記錄散斑圖像，通過對形變前后散斑圖像進行匹配，來獲取待測物體的形變信息，也就是數字散斑相關測量方法。這里的“圖像”代表所有反應物面信息的可視載體，包括激光散斑圖像、人工散斑圖像和反應物面特征的其他形式的圖像。由于數字散斑相關測量技術具有對原始數據的采集方式比較簡單、對測量環境的要求低、可直接測量位移和應變兩組信息、便于實現測量自動化等優點，在材料應力應變測量、結構承受力分析等領域得到廣泛應用。
[0007]此外，CA2686904A1中也公開了一種手持式掃描裝置，能夠在兩種操作模式下完成三維掃描。
[0008]但是，上述三維測量方法通常只能獲得待測物體的三維幾何信息，而無法提供全彩色信息。為了獲得彩色信息，現有技術中也出現了一些方法，具體如下:
[0009]CN104251995A在【背景技術】中公開了采用彩色相機對場景進行二維拍照，再將彩色照片與三維點云數據進行合成，間接獲得彩色三維點云數據，生成彩色三維模型。
[0010]CN104776815A在【背景技術】中進一步公開了在三維輪廓測量過程中，同時測量物體顏色信息的兩種解決方法:一是投影紅外結構光，在用于獲取物體顏色信息的彩色數據相機前加上紅外截止濾波片即可;二是通過頻閃結構光的方式，先投影結構光，同時拍攝結構光的圖像用于計算三維輪廓，再關閉結構光拍攝彩色圖像用于計算物體的顏色信息。
[0011]CN102980526A中進一步提出了僅采用黑白相機獲取彩色圖像的三維掃描儀及其掃描方法。其公開的三維掃描儀，包括一個投影儀，至少一個黑白相機及一個控制系統。所述投影儀分別向被掃描物體投射紅、綠、藍三種單色光。當所述投影儀向被掃描物體投射每種單色光時，所述至少一個黑白相機從多個角度分別拍攝被掃描物體的多張圖像。所述控制系統能夠以投影儀投紅色光采集到的圖像的灰度值作為紅色通道的值，投綠色光采集到的圖像的灰度值作為綠色通道的值，以投藍色光采集到的圖像的灰度值作為藍色通道的值，由組合的三通道值得到完整的彩色圖像，從而得到被掃描物體多個角度的彩色圖像。
[0012]CN202074952U的技術原理與CN102980526A類似，其中進一步強調了僅使用單相機一單投影儀的三維形貌和彩色紋理獲取系統。
[0013]CN1426527A中公開了一種數字化器，其中包括兩個照相機和兩個投影器，投影器中的一個用于在目標物體表面上投影編碼圖案的光柵元件，另一個用于獲取目標物體的紋理信息。
[0014]本發明就是基于數字散斑技術實現三維數據獲取，但是，這樣獲取的數據不能提供全彩色信息，因此，當需要彩色結構時，通過紋理信息相機采集的圖像與三維數據相匹配，即可獲得彩色的三維物體結構。

【發明內容】

[0015]本發明的目的是提供一種小型化彩色3D測量設備，主要用于如人體口腔牙齒或其它空間受限場所的彩色三維數據獲取。
[0016]本發明提供了一種彩色3D測量系統，其特征在于，包括:照明裝置、3D測量及紋理采集裝置、時序控制電路。照明電路用于投影光線到被測物體，3D測量及紋理采集裝置用于獲取被測物體的圖像，時序控制電路連接到照明裝置和3D測量及紋理采集裝置，用于控制照明裝置和3D測量及紋理采集裝置的運行時序。
[0017]照明裝置包括光源、第一底片、第二底片、投影鏡頭、分光鏡、第一卷軸和第二卷軸。
[0018]第一底片為編碼底片，第二底片為白光底片。光源用于照亮第一底片和第二底片。第一底片和第二底片均為柔性材料制成。
[0019]第一底片可被卷入第一卷軸內。第二底片可被卷入第二卷軸內。
[0020]當第一底片未被卷入第一卷軸內時，其位于光源的光路上。當第二底片未被卷入第二卷軸內時，其也位于光源的光路上。
[0021]投影鏡頭用于將被照亮的第一底片和第二底片投影出。分光鏡為半反半透分光鏡，既能夠允許部分光線透射，又能夠允許另一部分光線反射的半反半透分光鏡。投影鏡頭和分光鏡在同一光路上。
[0022]光源發出的分別照亮第一底片和第二底片光的光路在經過分光鏡后相同。
[0023]時序控制電路，連接到照明裝置和3D測量及紋理采集裝置。
[0024]在第一周期內，時序控制電路控制照明裝置的光源照亮第一底片，從而由投影鏡頭將第一底片投出，形成編碼圖案，并且同步控制3D測量及紋理采集裝置獲取第一圖像數據。
[0025]在第二周期內，時序控制電路控制照明裝置的光源照亮第二底片，從而由投影鏡頭將第二底片投出，形成均質白光，并且同步控制3D測量及紋理采集裝置獲取第二圖像數據。
[0026]其中，第一圖像為用于生成三維數據的圖像數據，第二圖像為被測物體彩色紋理的圖像數據。
[0027]本發明具有以下技術效果:
[0028]I，采用數字散斑測量方法，具有速度快、精度高的特點，可應用于動態變化目標的測量。
[0029]2，采用彩色紋理相機匹配三維物體的表面色彩紋理，可實現彩色三維物體數據的獲取。
[0030]3，能夠完成小型化的設計，可使該設備應用于空間受限場所的三維數據測量。
【附圖說明】
[0031 ]圖1是本發明彩色3D測量系統的體系