CN108895984A - 一种双目视觉和dmd结构光三维测量装置设计方法 - Google Patents
一种双目视觉和dmd结构光三维测量装置设计方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108895984A CN108895984A CN201810788787.0A CN201810788787A CN108895984A CN 108895984 A CN108895984 A CN 108895984A CN 201810788787 A CN201810788787 A CN 201810788787A CN 108895984 A CN108895984 A CN 108895984A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- dmd
- structured light
- light
- shell
- convex lens
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
- G01B11/2433—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures for measuring outlines by shadow casting
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明一种双目视觉和DMD结构光三维测量装置设计方法属于测量技术领域，涉及一种双目视觉和DMD结构光三维测量装置设计方法。该设计方法首先采用DMD作为核心部件，设计了DMD结构光投射器的投射光路，并装配成小型化、高精度的结构光投射装置。将该装置与优化后的双目测量系统相结合，集成出一套完整的双目结构光三维测量装置。通过该三维测量装置结合相应的测量方法，可实现大空间范围的高效高精度三维测量，能为型面尺寸大且结构复杂的被测物提供快速准确的测量。该装置体积小，操作简便，对于不同被测物及被测条件，有较强适应性，能高精度、快速进行三维测量。
Description
技术领域
本发明属于测量技术领域，涉及一种双目视觉和DMD结构光三维测量装置设计方法。
背景技术
飞机零件在装配后，装配产品型面尺寸大且结构复杂，对装配产品型面质量的准确快速检测具有极大的难度与挑战。目前，基于激光跟踪仪的测量方法虽然对单点的测量较为准确，但其测量数据极为有限，多点测量耗时耗力，且转站数据拼接后整体测量准确性差；而利用摄影测量系统进行检测时，则需粘贴标记点，操作复杂，且影响装配产品表面质量。因此，这两种主流测量方式都不能同时满足对装配产品进行快速准确检测的目的。张永举等人于2018年在计算机与现代化期刊第2期发表的《结构光与双目视觉相结合的三维测量》中研究了结构光与双目视觉相结合的视觉测量方法，对具体的测量方法进行了介绍并进行了实验，阐述了该方法的可行性，但在其实验中，结构光的投射方式简单，精度较差，并未形成一套精度较高的视觉测量系统。
李巍等人于2017年在发表的专利号为201710807372.9的专利《一种DMD调制成像系统以及激光投影设备》中设计了一种DMD投影设备，主要对其投影光路及其配件进行了设计，实现了以DMD芯片为核心的调制成像系统以及激光投影设备。但其仅对光路及其配件进行了平面设计，并未对整体的空间结构进行设计，且系统测量精度未予以评估。
赵永强等人于2017年在发表的专利号为201710140955.0的专利《一种与双目立体视觉相结合的主动光源投影三维重构方法》中设计了一种利用主动光源与双目立体视觉相结合的三维重构方法，达到了较好的三维重构效果，但其并未对投影装置进行具体设计与升级，投射效果与精度并不能达到理想的效果。
发明内容
本发明要解决的技术难题是克服现有三维装置现场适应性差及精度不足、效率低等方面的缺陷，发明了一种双目视觉和DMD结构光三维测量装置设计方法。该方法，首先利用数字微镜晶片(DMD)作为核心部件，设计了一种小型化、高精度的结构光投射装置；然后将该装置与优化后的双目测量系统相结合，集成出一套完整的双目结构光三维测量装置；通过该三维测量装置结合相应的测量方法，可实现大空间范围的高效高精度三维测量。此方法，将双目视觉测量方法与结构光测量装置相结合，利用先进的DMD部件，使装置小型化，高效率，高精度的完成三维测量。
本发明的技术方案是一种双目视觉和DMD结构光三维测量装置设计方法，其特征是，该设计方法首先采用DMD作为核心部件，设计了DMD结构光投射器的投射光路，并装配成小型化、高精度的结构光投射装置；再将优化后的双目视觉测量系统与该结构光投射装置集成，构成一套完整的双目结构光三维测量装置；测量装置设计方法具体步骤如下：
第一步设计DMD结构光投射装置
首先设计DMD结构光投射器的投射光路：由红、绿、兰光源9、7、5发出的光经分色滤镜13的作用投射出不同亮度不同颜色的光，经反光镜4的反射至右、左三棱镜11、12处，经棱镜的折射作用，光入射至DMD芯片上，经芯片反射，反射光入射至右、左三棱镜11、12处，经棱镜的折射作用，反射光最终投射至投影镜头10处，经投影镜头10及各部位凸透镜14的调节，最终实现高分辨率结构光的投射；
然后，在外壳3上安装DMD结构光投射器，外壳3由前壁板a、斜壁板b、左壁板c、后壁板d、右壁板e、中壁板f、右下壁板g和底板h构成；在外壳3的底板及壁板预先加工好装配所需的插槽及卡槽；在外壳3斜壁板b的内壁安装反光镜4，将DMD板件2安装到外壳3后壁板d外的插槽内，与可插拔式宽线缆18连接；在外壳3后壁板d内与DMD板件2相对应的位置安装一个凸透镜14，在凸透镜14的前面安装右、左三棱镜11、12，在右三棱镜11前和左三棱镜12右各分别安装一个凸透镜14，投影镜头10安在右三棱镜11右面凸透镜14的右面；在外壳3斜板b的内壁拐角处各安装一个凸透镜14，将红、绿、兰光源9、7、5根据不同测量要求分别安装在外壳3内前部及内右部对应的插槽内，经过分色滤镜13的作用可投射出不同亮度不同颜色的光；在红、绿、兰光源9、7、5前面分别各安装一个凸透镜14；左、右三棱镜11,12、分色滤镜13、凸透镜14、遮光壁板15安装在对应底部的插槽处；
第二步封装DMD结构光投射器装置
将后、前、右散热板1、6、8分别安装到外壳3的后壁板d、前壁板a、右壁板e上，胶接固定；凸透镜14的安装数量及类型可根据需要进行调整，同时可将凸透镜14替换为作用相仿的其它光学配件；在外壳3的上开口处加装上盖板20，上盖板采用胶接安装方式，以达到密封的效果，为内部光路传导提供黑暗环境；然后将外壳3胶接安装至平面平台16上，平面平台16设有4个安装孔，用于安装金属立柱17，再利用数字光处理控制板19上的预制孔位与金属立柱进行装配；最后，将数字光处理控制板19与DMD板件2采用可插拔式宽线缆18进行连接，即完成DMD结构光投射装置的整体封装。
第三步双目视觉装置和结构光三维测量装置的搭建
将整体封装好的DMD结构光投射装置21固定在滑轨24中心位置处的转动平台22上，转动平台22为DMD结构光投射装置21提供高动态大范围的结构光投射条件，双目相机23分别布置在DMD结构光投射装置21的两侧，双目相机的位置可在滑轨24上进行调整，配合DMD结构光投射装置21满足高动态大视场的测量需求；整个双目结构光测量装置通过转动平台22与可调式三角架25进行装配，以实现对不同高度的测量目标的测量，最后将DMD结构光投射装置21及双目相机23与工作站26采用光纤数据线连接，进行数据传输及处理。整体双目视觉和结构光三维测量装置搭建完毕。
本发明的有益效果是发明了一种双目视觉和DMD结构光三维测量装置设计方法，该方法首先采用DMD作为核心部件，设计DMD结构光投射器的投射光路，，并装配成一种小型化、高精度的结构光投射装置，将该装置与优化后的双目测量系统相结合，集成出一套完整的双目结构光三维测量装置。通过该三维测量装置结合相应的测量方法，可实现大空间范围的高效高精度三维测量。能为型面尺寸大且结构复杂的被测物提供快速准确的测量，该装置体积小，操作简便，对于不同被测物及被测条件，有较强适应性，能高精度、快速进行三维测量。
附图说明
图1为DMD结构光投射装置内部结构平面示意图，图2为DMD结构光投射装置内部结构立体示意图。其中，1-后散热板；2-DMD板件；3-外壳；4-反光镜；5-蓝光源；6-前散热板；7-绿光源；8-右散热板；9-红光源；10-投影镜头；11-右三棱镜，12-左三棱镜；13-分色滤镜；14-凸透镜；15-遮光壁板；16-平面平台，17-金属立柱，18-可插拔式宽线缆，a-前壁板，b-斜壁板，c-左壁板，d-后壁板，e-右壁板，f-中壁板，g-右下壁板，h-底板。
图3为DMD结构光投射装置整体封装示意图。其中，3-外壳,16-平面平台,17-金属立柱,19-数字光处理控制板,20-上盖板。
图4为双目视觉和结构光三维测量装置整体示意图。其中，21-DMD结构光投射装置,22-转动平台,23-双目相机,24-滑轨,25-可调式三角架；26-工作站。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
投影镜头10采用Sanyo LNS-W10，光源采用红、绿、兰光源。
附图1为DMD结构光投射装置内部结构平面示意图。附图2为DMD结构光投射装置内部结构立体示意图。设计方法具体步骤如下：
第一步设计DMD结构光投射装置
首先，设计DMD结构光投射器的投射光路：投射光路由红、绿、兰光源、分色滤镜、反光镜、左、右三棱镜、若干个凸透镜、投影镜头和DMD板件组成；光路如图1所示，由红、绿、兰光源9、7、5发出的光经分色滤镜13的作用投射出不同亮度不同颜色光，经反光镜4的反射至右、左三棱镜11、12处，经棱镜的折射作用，光入射至DMD芯片上，经芯片反射，反射光入射至右、左三棱镜11、12处，经棱镜的折射作用，反射光最终投射至投影镜头10处，经投影镜头10及各部位凸透镜14的调节，最终实现高分辨率结构光的投射。
然后，在外壳3上安装DMD结构光投射器，外壳3由前壁板a、斜壁板b、左壁板c、后壁板d、右壁板e、中壁板f、右下壁板g和底板h构成；在外壳3的底板及壁板预先加工好装配所需的插槽及卡槽；在外壳3斜壁板b的内壁安装反光镜4，将DMD板件2安装到外壳3后壁板d外的插槽内，与可插拔式宽线缆18连接；在外壳3后壁板d内与DMD板件2相对应的位置安装一个凸透镜14，在凸透镜14的前面安装右、左三棱镜11、12，在右三棱镜11前和左三棱镜12右各分别安装一个凸透镜14，投影镜头10安在右三棱镜11右面凸透镜14的右面；在外壳3斜板b的内壁拐角处各安装一个凸透镜14，将红、绿、兰光源9、7、5根据不同测量要求分别安装在外壳3内前部及内右部对应的插槽内，经过分色滤镜13的作用可投射出不同亮度不同颜色的光；在红、绿、兰光源9、7、5前面分别各安装一个凸透镜14；左、右三棱镜11,12、分色滤镜13、凸透镜14、遮光壁板15安装在对应底部的插槽处；
第二步封装DMD结构光投射器装置
附图3为DMD结构光投射装置整体封装图。在外壳3的上开口处加装上盖板20，采用胶接固定；然后将外壳3胶接安装至平面平台16上，4个金属立柱17安装在平面平台16上的4个安装孔中，利用数字光处理控制板19上的预制孔位与金属立柱进行装配。最后，将数字光处理控制板19与DMD板件2采用可插拔式宽线缆18进行连接，即完成DMD结构光投射装置的整体封装。
第三步双目视觉装置和结构光三维测量装置的搭建
附图4为双目结构光三维测量装置整体示意图，如图所示，将整体封装好的DMD结构光投射装置21固定在滑轨24中心位置处的转动平台22上，双目相机23分别布置在DMD结构光投射装置21的两侧，整个双目结构光测量装置通过转动平台22与可调式三角架25进行装配，以实现对不同高度的测量目标的测量，最后将DMD结构光投射装置21及双目相机23与工作站26采用光纤数据线连接，即完成整体双目视觉和结构光三维测量装置的搭建。
将搭建好的双目视觉和结构三维测量装置进行双目相机标定，光投射系统的标定，编码图案的投射，采集及处理，可高效、快速完成图像三维重建。
Claims (1)
1.一种双目视觉和DMD结构光三维测量装置设计方法，其特征是，该设计方法首先采用DMD作为核心部件，设计了DMD结构光投射器的投射光路，并装配成小型化、高精度的结构光投射装置；再将优化后的双目视觉测量系统与该结构光投射装置集成，构成一套完整的双目结构光三维测量装置；测量装置设计方法具体步骤如下：
第一步设计DMD结构光投射装置
首先设计DMD结构光投射器的投射光路：由红、绿、蓝光源(9)、(7)、(5)发出的光经分色滤镜(13)的作用投射出不同亮度不同颜色的光，经反光镜(4)的反射至右、左三棱镜(11)、(12)处，经棱镜的折射作用，光入射至DMD芯片上，经芯片反射，反射光入射至右、左三棱镜(11)、(12)处，经棱镜的折射作用，反射光最终投射至投影镜头(10)处，经投影镜头(10)及各部位凸透镜(14)的调节，最终实现高分辨率结构光的投射；
然后，在外壳(3)上安装DMD结构光投射器，外壳(3)由前壁板(a)、斜壁板(b)、左壁板(c)、后壁板(d)、右壁板(e)、中壁板(f)、右下壁板(g)和底板(h)构成；在外壳(3)的底板及壁板预先加工好装配所需的插槽及卡槽；在外壳(3)斜壁板(b)的内壁安装反光镜(4)，将DMD板件(2)安装到外壳(3)后壁板(d)外的插槽内，与可插拔式宽线缆(18)连接；在外壳(3)后壁板(d)内与DMD板件(2)相对应的位置安装一个凸透镜(14)，在凸透镜(14)的前面安装右、左三棱镜(11)、(12)，在右三棱镜(11)前和左三棱镜(12)右各分别安装一个凸透镜(14)，投影镜头(10)安在右三棱镜(11)右面凸透镜(14)的右面；在外壳(3)斜壁板(b)的内壁拐角处各安装一个凸透镜(14)，将红、绿、蓝光源(9)、(7)、(5)根据不同测量要求分别安装在外壳(3)内前部及内右部对应的插槽内，经过分色滤镜(13)的作用投射出不同亮度不同颜色的光；在红、绿、蓝光源(9)、(7)、(5)前面分别各安装一个凸透镜(14)；左、右三棱镜(11),(12)、分色滤镜(13)、凸透镜(14)、遮光壁板(15)安装在对应底部的插槽处；
第二步封装DMD结构光投射器装置
将后、前、右散热板(1)、(6)、(8)分别安装到外壳(3)的后壁板(d)、前壁板(a)、右壁板(e)上，胶接固定；凸透镜(14)的安装数量及类型可根据需要进行调整，同时可将凸透镜(14)替换为作用相仿的其它光学配件；在外壳(3)的上开口处加装上盖板(20)，上盖板采用胶接固定，再将外壳(3)胶接安装至平面平台(16)上，平面平台(16)设有4个安装孔，用于安装金属立柱(17)，利用数字光处理控制板(19)上的预制孔位与金属立柱进行装配；最后，将数字光处理控制板(19)与DMD板件(2)采用可插拔式宽线缆(18)进行连接，即完成DMD结构光投射装置的整体封装；
第三步双目视觉装置和结构光三维测量装置的搭建
将整体封装好的DMD结构光投射装置(21)固定在滑轨(24)中心位置处的转动平台(22)上，转动平台(22)为DMD结构光投射装置(21)提供高动态大范围的结构光投射条件，双目相机(23)分别布置在DMD结构光投射装置(21)的两侧，双目相机的位置可在滑轨(24)上进行调整，配合DMD结构光投射装置(21)满足高动态大视场的测量需求；整个双目结构光测量装置通过转动平台(22)与可调式三角架(25)进行装配，以实现对不同高度的测量目标的测量，最后将DMD结构光投射装置(21)及双目相机(23)与工作站(26)采用光纤数据线连接，进行数据传输及处理，整体双目视觉和结构光三维测量装置搭建完毕。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810788787.0A CN108895984A (zh) | 2018-07-18 | 2018-07-18 | 一种双目视觉和dmd结构光三维测量装置设计方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810788787.0A CN108895984A (zh) | 2018-07-18 | 2018-07-18 | 一种双目视觉和dmd结构光三维测量装置设计方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108895984A true CN108895984A (zh) | 2018-11-27 |
Family
ID=64350968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810788787.0A Withdrawn CN108895984A (zh) | 2018-07-18 | 2018-07-18 | 一种双目视觉和dmd结构光三维测量装置设计方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108895984A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112179289A (zh) * | 2020-09-16 | 2021-01-05 | 西北工业大学宁波研究院 | 一种基于dmd的光谱成像目标获取系统及方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009068898A (ja) * | 2007-09-11 | 2009-04-02 | Konica Minolta Sensing Inc | 三次元形状測定装置および該方法 |
| CN102012217A (zh) * | 2010-10-19 | 2011-04-13 | 南京大学 | 一种基于双目视觉的大形貌物体三维几何外形测量方法 |
| CN103727927A (zh) * | 2013-12-19 | 2014-04-16 | 大连理工大学 | 基于结构光的高速运动物体位姿视觉测量方法 |
| CN204479038U (zh) * | 2015-02-27 | 2015-07-15 | 福建浩蓝光电有限公司 | 新型高分辨率立式三维扫描仪 |
| CN107765500A (zh) * | 2017-09-08 | 2018-03-06 | 青岛海信电器股份有限公司 | 一种dmd调制成像系统以及激光投影设备 |
-
2018
- 2018-07-18 CN CN201810788787.0A patent/CN108895984A/zh not_active Withdrawn
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009068898A (ja) * | 2007-09-11 | 2009-04-02 | Konica Minolta Sensing Inc | 三次元形状測定装置および該方法 |
| CN102012217A (zh) * | 2010-10-19 | 2011-04-13 | 南京大学 | 一种基于双目视觉的大形貌物体三维几何外形测量方法 |
| CN103727927A (zh) * | 2013-12-19 | 2014-04-16 | 大连理工大学 | 基于结构光的高速运动物体位姿视觉测量方法 |
| CN204479038U (zh) * | 2015-02-27 | 2015-07-15 | 福建浩蓝光电有限公司 | 新型高分辨率立式三维扫描仪 |
| CN107765500A (zh) * | 2017-09-08 | 2018-03-06 | 青岛海信电器股份有限公司 | 一种dmd调制成像系统以及激光投影设备 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 刘巍等: "面向大型零部件的三维形面高精度测量方法", 《红外与激光工程》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112179289A (zh) * | 2020-09-16 | 2021-01-05 | 西北工业大学宁波研究院 | 一种基于dmd的光谱成像目标获取系统及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106767527B (zh) | 一种三维轮廓的光学混合检测方法 | |
| CN107343130B (zh) | 一种基于dmd动态分光的高动态成像模块 | |
| CN103900532B (zh) | 深度影像捕获设备、其校正方法与量测方法 | |
| CN105222724B (zh) | 多线阵列激光三维扫描系统及多线阵列激光三维扫描方法 | |
| CN106127745B (zh) | 结构光3d视觉系统与线阵相机的联合标定方法及装置 | |
| CN105160680B (zh) | 一种基于结构光的无干扰深度相机的设计方法 | |
| CN107302667A (zh) | 一种相机可互换动态分光成像系统及其应用于高动态成像的方法 | |
| CN107144241B (zh) | 一种基于景深补偿的双目视觉高精度测量方法 | |
| CN110207614A (zh) | 一种基于双远心相机匹配的高分辨高精度测量系统及方法 | |
| CN105825548B (zh) | 使用近心镜头的双棱镜单相机三维数字图像相关重构方法 | |
| CN107460477B (zh) | 一种用于受损件的单测头扫描和修复装置及方法 | |
| CN104568963A (zh) | 一种基于rgb结构光的在线式三维检测装置 | |
| CN102628671A (zh) | 一种基于单摄像机双色线结构光的三维坐标测量方法 | |
| CN110375648A (zh) | 棋盘格靶标辅助的单台相机实现的空间点三维坐标测量方法 | |
| CN201561742U (zh) | 一种投影三维测量装置 | |
| CN104062743A (zh) | 用于太阳能聚光镜片调整的自动调焦系统及其调焦方法 | |
| JP2021527207A (ja) | 共焦点カメラにおいて動的投影パターンを生成するための装置、方法、およびシステム | |
| CN102175180A (zh) | 基于嵌入式实时数字微镜模块的便携式光三维测量装置 | |
| CN105324628A (zh) | 用于确定检查对象的位置的系统以及相关方法 | |
| CN108362479A (zh) | 一种虚像像距测量系统和虚像像距的确定方法 | |
| CN110044266B (zh) | 基于散斑投影的摄影测量系统 | |
| KR20170027893A (ko) | 트리플 주파수 패턴을 이용한 3차원 형상 측정 방법 | |
| CN108895984A (zh) | 一种双目视觉和dmd结构光三维测量装置设计方法 | |
| Cheng et al. | A practical micro fringe projection profilometry for 3-D automated optical inspection | |
| CN204287060U (zh) | 一种基于rgb结构光的在线式三维检测装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20181127 |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |