一种彩色3d测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种彩色3D测量系统。
【背景技术】
[0002]三维测量主要采用两个摄像机或者一个摄像机与光学折反射系统构成的双目立体视觉传感器，从不同位置或者角度拍摄得到同一空间物体的多幅图像，基于视差原理即可获取物体的三维几何信息，重建周围场景的三维形状与位置。三维测量通常有以下几种方法:
[0003]第一、结构光视觉测量技术。主要通过向被测对象投射相应模式的结构光，由摄像机拍摄变形光条图像，基于光学三角原理来获取物体表面的三维信息。该技术已成为解决物体表面形貌测量、空间位置测量、三维运动信息获取等许多在线测量的有效途径之一，具有非接触、动态响应快、系统柔性好等特点，广泛应用于产品快速设计和加工质量控制、逆向工程以及自动控制等诸多领域。
[0004]第二、相移测量技术(PMP)。其是利用一定相位差的多幅光栅条纹图像算出每个像素的相位值，然后根据相位值计算物体的高度信息。具体过程如下:首先向被测物体表面投射光栅条纹，所投射的条纹受到物体表面的形状调制而产生变形，再对变形的条纹图像进行处理，解调出代表物体高度的相位信息，最后经过相位去包裹和几何计算就可以获得被测物体表面的三维几何信息。PMP方法需要至少三幅以上的光栅条纹图像才能进行相位计算，同时被测物体在拍摄过程中不能移动，通常适合于静态物体的三维测量。
[0005]第三、共焦扫描技术。基于点照明、点成像和点探测三点共轭的原理，当被测表面与探测面共轭时，在点探测器上的像点最小，点探测器接收到的光能量最大；当被测表面偏离物点时，探测器上的像点变大，点探测器接收到的光能量变小。测量时控制物点与被测面重合，保证探测器的输出值最大，便可描绘出被测表面的形貌。共焦测量方法(如激光共焦扫描显微镜)由于其高精度、高分辨率及易于实现三维成像数字化的独特优势在生物医学、半导体检测等领域得到广泛应用。
[0006]第四、数字散斑技术，用数字方法记录散斑图像，通过对形变前后散斑图像进行匹配，来获取待测物体的形变信息，也就是数字散斑相关测量方法。这里的“图像”代表所有反应物面信息的可视载体，包括激光散斑图像、人工散斑图像和反应物面特征的其他形式的图像。由于数字散斑相关测量技术具有对原始数据的采集方式比较简单、对测量环境的要求低、可直接测量位移和应变两组信息、便于实现测量自动化等优点，在材料应力应变测量、结构承受力分析等领域得到广泛应用。
[0007]此外，CA2686904A1中也公开了一种手持式扫描装置，能够在两种操作模式下完成三维扫描。
[0008]但是，上述三维测量方法通常只能获得待测物体的三维几何信息，而无法提供全彩色信息。为了获得彩色信息，现有技术中也出现了一些方法，具体如下:
[0009]CN104251995A在【背景技术】中公开了采用彩色相机对场景进行二维拍照，再将彩色照片与三维点云数据进行合成，间接获得彩色三维点云数据，生成彩色三维模型。
[0010]CN104776815A在【背景技术】中进一步公开了在三维轮廓测量过程中，同时测量物体颜色信息的两种解决方法:一是投影红外结构光，在用于获取物体颜色信息的彩色数据相机前加上红外截止滤波片即可;二是通过频闪结构光的方式，先投影结构光，同时拍摄结构光的图像用于计算三维轮廓，再关闭结构光拍摄彩色图像用于计算物体的颜色信息。
[0011]CN102980526A中进一步提出了仅采用黑白相机获取彩色图像的三维扫描仪及其扫描方法。其公开的三维扫描仪，包括一个投影仪，至少一个黑白相机及一个控制系统。所述投影仪分别向被扫描物体投射红、绿、蓝三种单色光。当所述投影仪向被扫描物体投射每种单色光时，所述至少一个黑白相机从多个角度分别拍摄被扫描物体的多张图像。所述控制系统能够以投影仪投红色光采集到的图像的灰度值作为红色通道的值，投绿色光采集到的图像的灰度值作为绿色通道的值，以投蓝色光采集到的图像的灰度值作为蓝色通道的值，由组合的三通道值得到完整的彩色图像，从而得到被扫描物体多个角度的彩色图像。
[0012]CN202074952U的技术原理与CN102980526A类似，其中进一步强调了仅使用单相机一单投影仪的三维形貌和彩色纹理获取系统。
[0013]CN1426527A中公开了一种数字化器，其中包括两个照相机和两个投影器，投影器中的一个用于在目标物体表面上投影编码图案的光栅元件，另一个用于获取目标物体的纹理信息。
[0014]本发明就是基于数字散斑技术实现三维数据获取，但是，这样获取的数据不能提供全彩色信息，因此，当需要彩色结构时，通过纹理信息相机采集的图像与三维数据相匹配，即可获得彩色的三维物体结构。
【发明内容】
[0015]本发明的目的是提供一种小型化彩色3D测量设备，主要用于如人体口腔牙齿或其它空间受限场所的彩色三维数据获取。
[0016]本发明提供了一种彩色3D测量系统，其特征在于，包括:照明装置、3D测量及纹理采集装置、时序控制电路。照明电路用于投影光线到被测物体，3D测量及纹理采集装置用于获取被测物体的图像，时序控制电路连接到照明装置和3D测量及纹理采集装置，用于控制照明装置和3D测量及纹理采集装置的运行时序。
[0017]照明装置包括光源、第一底片、第二底片、投影镜头、分光镜、传动机构。
[0018]第一底片为编码底片，第二底片为白光底片。光源用于照亮第一底片和第二底片。
[0019]第一底片和第二底片均被固定在传动机构上。传动机构能够上下传动或左右传动，从而使得第一底片或第二底片位于光源的光路上。
[0020]投影镜头用于将被照亮的第一底片和第二底片投影出。分光镜为半反半透分光镜，既能够允许部分光线透射，又能够允许另一部分光线反射的半反半透分光镜。投影镜头和分光镜在同一光路上。
[0021]光源发出的分别照亮第一底片和第二底片光的光路在经过分光镜后相同。
[0022]时序控制电路，连接到照明装置和3D测量及纹理采集装置。
[0023]在第一周期内，时序控制电路控制照明装置的光源照亮第一底片，从而由投影镜头将第一底片投出，形成编码图案，并且同步控制3D测量及纹理采集装置获取第一图像数据。
[0024]在第二周期内，时序控制电路控制照明装置的光源照亮第二底片，从而由投影镜头将第二底片投出，形成均质白光，并且同步控制3D测量及纹理采集装置获取第二图像数据。
[0025]其中，第一图像为用于生成三维数据的图像数据，第二图像为被测物体彩色纹理的图像数据。
[0026]本发明具有以下技术效果:
[0027]I，采用数字散斑测量方法，具有速度快、精度高的特点，可应用于动态变化目标的测量。
[0028]2，采用彩色纹理相机匹配三维物体的表面色彩纹理，可实现彩色三维物体数据的获取。
[0029]3，能够完成小型化的设计，可使该设备应用于空间受限场所的三维数据测量。
【附图说明】
[0030]图1是本发明彩色3D测量系统的体系结构图；
[0031]图2A-2B是根据本发明的3