两台摄像机，记录从物体反射的投影单元I的光，其中两台摄像机位于距离投影单元不同距离的位置处并且在投影单元的中心光束和摄像机的中心光束之间形成不同的三角测量角度。在来自第一摄影机2的图像中，光线中心的纵坐标被确定为最亮像素。
[0053]然后通过比较摄影机感知的光线的坐标，识别投影单元I投影并且通过每台摄影机接收的反射光形成的每条光线。为此，投影单元I的中心光束和第一摄影机22的中心光束之间的三角测量角度被选择并被设定为等于投影光带和该摄影机的镜头的焦点深度Tz之间的距离的比率的反正切，所述第一摄影机22被设置距离投影单元I最小距离和最小角度α I的位置处。
[0054]施加在投影单元I和摄影机22的相对位置上的此种条件在识别每条投影光带时提供最大无歧义性。在图8中，基于a I = arctg(T/Tz)的比率，选择投影光带20和21之间的间隔T以及第一摄影机22和投影单元I之间的角度α I。这使得在来自第一摄影机的图像中区分所有投影光带成为可能。投影到来自摄影机22的图像上的光带被表示为24和25。
[0055]在第一摄影机的图像中，光线中心的纵坐标和竖直坐标被确定为纵坐标Yl与投影单元的中心光束和第一摄影机的中心光束之间的三角测量角度的正切的商。
[0056]使用光线中心搜索算法-子像素确定算法-以及基于关系Z = Yl/tg a I (Yl-来自第一摄影机的图像中的坐标)，计算具有特定误差σ的所有投影光带的Z坐标，所述误差σ主要取决于三角测量角度α 1、摄影机的CCD阵列中的像素数目以及选定摄影机的像素噪声。
[0057]光线图像宽度误差σ (从第二摄影机开始)不得超过T/Cos α 2。
[0058]为了调整竖直坐标Ζ，使用利用位于比第一摄影机的三角测量角度较大的三角测量角度α2处的第二摄影机获得的竖直坐标Z的值，因此，在第二摄影机的图像中，相同光线的位置被识别为最接近于纵坐标的光线，该纵坐标被计算为使用第一摄影机确定的上述竖直坐标Z和第二摄影机三角测量角度的正切的乘积。因此，为了调整投影光带的Z坐标，使用位于到投影单元具有较大三角测量角度％处(α 2>αι)的第二摄影机23。投影单元I投影到来自第二摄影机23的图像上的光带20和21看作26和27。为清楚起见，光带26和27被表示为具有轻微移位，然而事实上它们合并在来自第二摄影机的图像中，并且难以识别。但如果先前根据用于光带20的公式Z = Yl/tg α I获得的Z坐标被根据公式Υ2 =ZXtga 2投影到来自摄影机23的图像上，那么噪声曲线28变得可见，这将帮助我们识别光带20在来自摄影机23的图像上的位置。应当针对每条光带执行该步骤以将其与其它光带区分。必须基于来自摄影机23的图像重新确定具有调整的每条光线的中心，以及计算新的更加精确的Z坐标。选择角度α2使得σ不超过T/Cos α 2。
[0059]然后，类似于所描述的使用第一摄影机确定坐标的步骤，第二摄影机用于确定这些光线调整后的纵坐标和竖直坐标的值。
[0060]使用第三、第四和随后的摄影机获得的竖直坐标值被用于进一步调整竖直坐标。为了进一步调整投影光带的Z坐标，具有大的三角测量角度的附加摄影机能够用于实现光带的Z坐标定义所需的精度。每台随后的具有大的三角测量角度的摄影机应满足上述针对具有小的三角测量角度的摄影机而提供的条件。在一些情况下，至少两台摄影机位于投影单元的不同侧，但所有摄影机的图像和三角测量角度必须位于投影单元的的中心光束的一侧，这能够使用跨投影单元的中心光束以及优选图9中第一摄影机的中心光束定位的半透明反光镜来确保。
[0061]使用计算机处理器测量并确定坐标，并且3D图像被输出到计算机显示器。
[0062]上述技术成果包括，简化并自动完成控制三维物体的线性尺寸的过程、减少测量过程持续时间，以及在投影单元和摄影机在单个外壳中作为便携式工具来执行时，几乎完全消除在相对于测量物体的设备(投影单元和摄影机)的位置中出现机械振动的情况下的误差。
[0063]工业实用性
[0064]本发明利用广泛应用于工业中的通用设备来实现。
【主权项】
1.一种使用结构化背光进行物体的3D测量的方法，包括: 沿着纵轴线中的一条将具有至少两条非交叉光线的预定图像投影到受控物体上， 使用安装在距离投影单元不同距离的位置处的至少两台摄像机，记录所述投影单元发出的光和所述物体反射的光，所述至少两台摄像机在所述投影单元的中心光束和所述摄影机的中心光束之间形成不同的三角测量角度， 随后通过比较所述摄影机接收的光线的坐标，识别所述投影单元投影的每条光线以及通过每台摄影机接收的反射光形成的每条光线，其中所述投影单元的所述中心光束和位于距离所述投影单元最小距离的位置处的第一摄影机的中心光束之间的所述三角测量角度假设等于投影光带之间的距离和该摄影机的镜头的焦点深度之间的比率的反正切， 在来自所述第一摄影机的所述图像中，将竖直坐标和光线中心的纵坐标确定为纵坐标除以所述投影单元的所述中心光束和所述第一摄影机的所述中心光束之间的所述三角测量角度的正切的商，以及 使用位于比所述第一摄影机的三角测量角度较大的三角测量角度的位置处的第二摄影机获得的竖直坐标值，调整所述竖直坐标，由此，在所述第二摄影机的所述图像中，相同光线的位置被识别为最接近于被计算为使用所述第一摄影机确定的上述竖直坐标和所述第二摄影机三角测量角度的正切的乘积的纵坐标，之后，针对这些光线，确定调整后的所述纵坐标和竖直坐标的值。2.根据权利要求1所述的方法，不同之处在于，通过获得像素宽度上最亮的像素来确定所述第一摄影机的图像上的所述光线中心的所述纵坐标。3.根据权利要求1或2所述的方法，不同之处在于，假设所述摄影机和所述投影单元之间的所述距离为从所述投影单元到所述投影单元的中心光束和所述摄影机的所述中心光束的相交点的距离与所述投影单元的所述中心光束和所述摄影机的所述中心光束之间的所述三角测量角度的所述正切的乘积。4.根据权利要求1、2、4中的任一项所述的方法，不同之处在于，使用第三、第四和随后的摄影机获得的所述竖直坐标值来进一步调整所述竖直坐标。5.根据权利要求1、2、4中的任一项权利要求所述的方法，不同之处在于，将所述摄影机设置在所述投影单元的一侧上。6.根据权利要求1、2、4中的任一项权利要求所述的方法，不同之处在于，将所述摄影机设置在所述投影单元的两侧上。7.根据权利要求1、2、4中的任一项权利要求所述的方法，不同之处在于，使用计算机处理器测量和确定所述坐标，其中所述3D图像被输出到计算机显示器。
【专利摘要】本发明涉及测量技术领域并涉及测量三维物体的外形的方法。借助投影仪，包括非相交线的先前已知图像被投影到物体上。借助两台摄像机记录反射信号，其中两台摄像机布置在远离投影仪不同距离的位置处并且在投影仪的中心光束和摄像机的中心光束之间形成不同的三角测量角度。投影仪和最近的摄像机之间的距离以该摄像机的中心光束和投影仪的中心光束的三角测量角度等于投影的光带之间的距离和摄像机镜头的景深的比率的反正切的方式被选择。借助第一摄像机生成的图像，确定投影线的纵坐标和竖直坐标，接着借助第二摄像机生成的图像，更精确地设定光线的竖直坐标。技术效果包括简化并加快测量过程。
【IPC分类】G01B11/25
【公开号】CN104903680
【申请号】CN201280078106
【发明人】A·V·克利莫夫, A·G·洛马金, S·V·苏克霍维, G·A·古谢夫, A·L·尤欣
【申请人】阿泰克欧洲公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2012年11月7日
【公告号】EP2918967A1, WO2014074003A1