CN103196393A - 一种几何形状及表面色彩实时成像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种几何形状及表面色彩实时成像装置，其包括近红外光源、DMD投影模块、分光镜、近红外相机、彩色相机和计算机，计算机通过IO采集卡控制DMD投影模块产生不同的近红外编码光线投射到空间被测物体，经物体反射的反射光线经过分光镜被分成两路，其中近红外光进入近红外相机，可见光进入彩色相机，近红外相机和彩色相机获得图像通过图像采集卡输入到计算机中，近红外相机的图像用于被测物体的三维坐标计算，彩色相机的图像用于显示被测物体的表面纹理和色彩；通过近红外编码光线的投射，该装置不仅可以获得被测物体的三维坐标计算，而且能够获得被测物体的表面纹理和色彩。

Description

一种几何形状及表面色彩实时成像装置
技术领域
本发明涉及一种几何形状及表面色彩实时成像装置，属于光学测量与计算机视觉技术领域。
背景技术
主动视觉的三维测量方法是一种非接触式的三维测量，由于主动视觉的测量具测量速度快、测量点云密度高和低成本等优点，近年得到了迅速发展，广泛用于在线检测、逆向工程、虚拟现实、机器人导航等。主动视觉的硬件设备主要包含一个投影装置和一个相机组成，投影装置向空间被测物体投射一系列的编码图像，由于物体轮廓高度变化造成投射在物体表面的图像产生变形，相机采集变形的图像进行分析进而计算出被测物体表面每个点的三维坐标。2010年，《PATTERN RECOGNITION》第43卷第2号“A state of the art in structured lightpatterns for surface profilometry”一文中第2666–2680页中详细地介绍了现有的投射图像的常用编码方法。
中国专利公开号CN228526A，公开日1999年9月15日，发明专利《一种快速投影结构光德三维轮廓相位测量》，公开了一种快速三维轮廓扫描方法。中国专利公开号CN101571661A，公开日2009年11月4日，发明专利《一种三维实时摄像中的结构光方法》，该方法采用初始模式（IP）和细节模式（DP）结构光的编码方法实现了实时测量。
但是现有方法的不足之处是：上述方法仅仅获得了被测物体的三维形状，但是丢失了物体表面的色彩信息。在某些行业不仅要求获取被测表面的三维形貌数据，还需要获取被测物体表面的纹理及颜色信息，如动画设计、文物鉴赏、逆向工程、虚拟现实等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种几何形状及表面色彩实时成像装置，该装置获取的彩色三维模型不仅提供了精确的物体形状,而且给出了逼真的颜色与纹理信息。
为了解决上述的技术问题，本发明的技术方案是：一种几何形状及表面色彩实时成像装置，其包括近红外光源、DMD投影模块、分光镜、近红外相机、彩色相机和计算机，计算机通过IO采集卡控制DMD投影模块产生不同的近红外编码光线投射到空间被测物体，经物体反射的反射光线经过分光镜被分成两路，其中近红外光进入近红外相机，可见光进入彩色相机，近红外相机和彩色相机获得图像通过图像采集卡输入到计算机中，近红外相机的图像用于被测物体的三维坐标计算，彩色相机的图像用于显示被测物体的表面纹理和色彩。
本发明装置向被测的物体主动投射一定的近红外编码图案，被测物体表面反射的近红外光与可见光分别被近红外相机和彩色相机捕获用于被测物体的三维坐标计算与物体表面颜色。
所述计算机通过IO采集卡同步控制DMD投影模块的编码光线投射以及近红外相机、彩色相机的图像采集。
所述彩色相机为CCD相机或CMOS相机。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
第一，投射的图像采用近红外光，同时被物体表面反射的近红外光与可见光被分光镜分成近红外光和可见光；近红外光用于被测物体的三维坐标计算；可见光用于显示被测物体的表面纹理和色彩。
现有技术中只有对物体表面形状的测量，不能实现对物体表面颜色的采集。且投射编码图案采用可见光，对于有颜色物体的测量会降低稳定性。所以本发明所述的采用的近红外编码图像，是区别现有装置的创新点之一。
通过近红外编码光线的投射，该装置不仅可以获得被测物体的三维坐标计算，而且能够获得被测物体的表面纹理和色彩。
第二，近红外光与可见光为同一传播路径，经过分光镜分成两路光分别进入近红外相机和进入彩色相机。由于近红外光与可见光为同一传播路径，所以近红外相机与彩色相机的相同坐标的像素对应于被测物体表面的同一个点，这样的话，近红外相机与彩色相机的像素为一一对应，避免匹配从而加快了测量速度。
同时，最终获得的颜色三维模型是两个相机的公有部分，由于近红外光与可见光为同一传播路径，所以两个相机的视野完全一致，大大增加了测量范围。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明几何形状及表面色彩实时成像装置结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种几何形状及表面色彩实时成像装置，包括沿光线传播方向依次配置功率为波长为800nm的近红外光源1、0.3WVGA的DLP投影模块2、分光镜3、HAMAMATSU C2400-79近红外相机4、彩色相机5，还包括计算机6、图像采集卡7、研华IO采集卡8；其中，计算机6通过IO采集卡8控制DMD投影模块2产生四张四步相移的近红外编码图像投射到空间被测物体；经物体反射的反射光线经过分光镜3被分成两路，其中近红外光进入近红外相机4，可见光进入彩色相机5。在IO采集卡8的控制下，近红外相机4和DMD投影模块2的完成同步，经过图像采集卡7，每四张近红外图像输入到计算机6的过程中，一张可见光图像也输入到计算机6中，近红外图像的采集频率是可见光图像的四倍。然后四张近红外相机4的图像用于被测物体的三维坐标计算，一张彩色相机5的图像用于显示被测物体的表面纹理和色彩。
通过近红外编码光线的投射，该装置不仅可以获得被测物体的三维坐标计算，而且能够获得被测物体的表面纹理和色彩。
本发明中涉及的计算机也可以为嵌入式系统。
上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种几何形状及表面色彩实时成像装置，其特征在于包括近红外光源（1）、DMD投影模块（2）、分光镜（3）、近红外相机（4）、彩色相机（5）和计算机（6），计算机（6）通过IO采集卡（8）控制DMD投影模块（2）产生不同的近红外编码光线投射到空间被测物体，经物体反射的反射光线经过分光镜（3）被分成两路，其中近红外光进入近红外相机（4），可见光进入彩色相机（5），近红外相机（4）和彩色相机（5）获得图像通过图像采集卡（7）输入到计算机（6）中，近红外相机（4）的图像用于被测物体的三维坐标计算，彩色相机（5）的图像用于显示被测物体的表面纹理和色彩。
2.根据权利要求1所述的一种几何形状及表面色彩实时成像装置，其特征在于：所述计算机（6）通过IO采集卡（8）同步控制DMD投影模块（2）的编码光线投射以及近红外相机（4）、彩色相机（5）的图像采集。
3.根据权利要求1所述的一种几何形状及表面色彩实时成像装置，其特征在于：所述彩色相机（5）为CCD相机或CMOS相机。
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