CN109470146B - 高分辨力立体视觉系统与测量方法 - Google Patents

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    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques

Abstract

高分辨力立体视觉系统与测量方法属于光学非接触三维测量领域，具体涉及一种利用立体视觉与扫描放大测量模块联用测量大尺度三维物体形貌、形变、位移等的装置和方法；该系统两个及以上高分辨力立体视觉单目测量装置组成，每一个高分辨力立体视觉单目测量装置包括激光照明模块、视觉摄像模块、扫描放大测量模块；该方法首先将待测物体放置在本装置视场范围及清晰成像范围内；其次，利用扫描放大测量模块通过摄像模块逐点扫描整个物体；利用视觉三维成像原理对采集到的图片进行处理得到高分辨力的物体三维形貌；本发明可以显著提高大尺度视觉系统的测量分辨力。

Description

高分辨力立体视觉系统与测量方法
技术领域
高分辨力立体视觉系统与测量方法，属于光学非接触三维测量领域。
背景技术
立体视觉是计算机视觉领域的一个重要课题，它的目的在于重构场景的三维几何信息。立体视觉的研究具有重要的应用价值，其应用包括移动机器人的自主导航系统，航空及遥感测量，工业自动化系统等。目前，立体视觉系统的分辨力相对都不高，最先进的立体视觉系统的分辨力一般为万分之一的视场大小，也就是针对大视场(米级)进行测量时，系统的分辨力为毫米级，但是随着科技的发展，高精度、高分辨力测量越来越受重视，导致目前存在的立体视觉系统无法满足日益提高的分辨力要求。
发明内容
本发明公开了高分辨力立体视觉系统与测量方法，该系统与方法通过引入扫描放大测量模块，使得整个系统的等效焦距得到提升，从而提高了整个系统的分辨力，而且扫描放大测量系统的引入本身可以提高信噪比有利于后续的图像处理(配准、特征点定位等等)并且场镜的视场一般较大可完全匹配摄像物镜因此不需要附加扫描机构即可实现大视场。
本发明的目的是这样实现的：
高分辨力立体视觉系统，包括：
多个单目测量装置和三维被测样品。
高分辨力立体视觉测量系统的单目测量装置，包括激光照明模块、视觉摄像模块、扫描放大测量模块；
所述的激光照明装置按照照明光传播方向依次为：激光器、PBS、二维振镜、扫描透镜、场镜I、管镜、1/4波片、物镜、场镜II和摄影镜头。
所述的视觉摄像模块为：摄影镜头、场镜II、物镜、1/4波片、管镜、场镜I、扫描透镜、二维振镜、PBS、聚焦透镜、针孔和PMT探测器。
所述的扫描放大测量模块按照信号光传播方向依次为：激光器、PBS、二维振镜、扫描透镜、场镜I、管镜、1/4波片、物镜、场镜II、物镜、1/4波片、管镜、场镜I、扫描透镜、二维振镜、PBS、聚焦透镜、针孔和PMT探测器；
所述的激光照明模块、视觉摄像模块、扫描放大测量模块共用场镜II、物镜、1/4波片、管镜、场镜I、扫描透镜、二维振镜、PBS；
所述的激光照明模块、视觉摄像模块还共用摄影镜头；
所述的激光照明模块、扫描放大测量模块共用激光器；
所述的激光视觉摄像模块、扫描放大测量模块共用聚焦透镜、针孔和PMT探测器；
所述的激光照明模块中激光器发出激光，准直后形成平行光，经过PBS反射后再经过二维振镜和扫描透镜后聚焦于场镜I光心位置处，光束经过管镜后形成平行光后经1/4波片后被物镜聚焦于场镜II光心位置，再经摄影镜头聚焦于三维被测样品表面形成聚焦光斑，所述的聚焦光斑照射样三维被测品表面的发出反射光；
所述三维被测样品表面发出的反射光依次经过摄影镜头、场镜II、物镜、1/4波片、管镜、场镜I、扫描透镜、二维振镜、PBS和聚焦透镜、针孔后被PMT探测器收集。
上述的高分辨力立体视觉系统，所述立体视觉系统中在定焦摄像镜头后加上了一整套扫描放大测量模块用来提高整个系统的等效焦距，提高的倍率取决于所选的扫描放大测量模块，从而提高整个立体视觉系统的分辨力。
上述的高分辨力立体视觉系统的成像方式为振镜扫描成像，扫描放大测量模块的引入提高收集信号的信噪比。
上述的高分辨力立体视觉系统，场镜的引入匹配视场从而无需额外的运动扫描机构即可实现全摄像物镜视场成像。
有益效果：
本发明通过引入扫描放大测量模块，使得整个系统的等效焦距得到提升，从而提高了整个系统的分辨力，而且扫描放大测量模块的引入本身可以提高系统的分辨率并且可以提高信噪比有利于后续的图像处理(配准、特征点定位等等)。
附图说明
图1是本发明高分辨力立体视觉测量装置的单目测量装置结构示意图。
图1中：1被测样品、2摄影镜头、3场镜II、4物镜、51/4波片、6管镜、7场镜I、8扫描透镜、9二维振镜、10PBS、11激光器、12聚焦透镜、13针孔和14PMT探测器。
图2是本发明高分辨力立体视觉系统的结构示意图。
图2中：15均为高分辨力立体视觉系统的单目测量装置，1为三维被测样品。
具体实施方式
根据本发明的一具体实施例，提供一种高分辨力立体视觉系统，用以三维物体高分辨力成像。
请参照图2，图2为本发明高分辨力立体视觉系统的实施例示意图，图2由至少2个高分辨力立体视觉测量单目测量装置组成，图1为高分辨力立体视觉测量单目测量装置实施例示意图。
高分辨力立体视觉系统，包括：至少两个单目测量装置15；单目测量装置15对三维被测样品1进行视觉测量；
单目测量装置，包括激光照明模块、视觉摄像模块、扫描放大测量模块；
激光照明模块按照照明光传播方向依次为：激光器11、PBS10、二维振镜9、扫描透镜8、场镜I7、管镜6、1/4波片5、物镜4、场镜II3和摄影镜头2；
视觉摄像模块为：摄影镜头2、场镜II3、物镜4、1/4波片5、管镜6、场镜I7、扫描透镜8、二维振镜9、PBS10、聚焦透镜12、针孔13和PMT探测器14；
扫描放大测量模块按照信号光传播方向依次为：激光器11、PBS10、二维振镜9、扫描透镜8、场镜I7、管镜6、1/4波片5、物镜4、场镜II3、物镜4、1/4波片5、管镜6、场镜I7、扫描透镜8、二维振镜9、PBS10、聚焦透镜12、针孔13和PMT探测器14；
激光照明模块、视觉摄像模块、扫描放大测量模块共用场镜II3、物镜4、1/4波片5、管镜6、场镜I7、扫描透镜8、二维振镜9、PBS10；
激光照明模块、视觉摄像模块还共用摄影镜头2；
激光照明模块、扫描放大测量模块共用激光器11；
视觉摄像模块、扫描放大测量模块共用聚焦透镜12、针孔13和PMT探测器14；
激光照明模块中激光器11发出激光，准直后形成平行光，经过PBS反射后再经过二维振镜9和扫描透镜8后聚焦于场镜I7光心位置处，光束经过管镜6后形成平行光后经1/4波片5后被物镜4聚焦于场镜II3光心位置，再经摄影镜头2聚焦于三维被测样品1表面形成聚焦光斑，聚焦光斑照射三维被测样品表面的发出反射光；
三维被测样品1表面发出的反射光依次经过摄影镜头2、场镜II3、物镜4、1/4波片5、管镜6、场镜I7、扫描透镜8、二维振镜9、PBS10和聚焦透镜12、针孔13后被PMT探测器14收集。
为了进一步优化上述技术方案，立体视觉系统中在定焦摄像镜头后加上扫描放大测量模块用来提高整个系统的等效焦距，提高倍率取决于所选的扫描放大测量模块，从而提高整个立体视觉系统的分辨力。
为了进一步优化上述技术方案，立体视觉系统成像方式为振镜扫描成像，扫描放大测量模块的引入提高收集信号的信噪比。
为了进一步优化上述技术方案，立体视觉系统场镜的引入匹配视场从而无需额外的运动扫描机构即可实现全摄像物镜视场成像。
实现高分辨力立体视觉测量的测量方法，包括以下步骤：
步骤a、根据具体需求选择使用几个高分辨力立体视觉单目测量装置组成高分辨力立体视觉系统；
步骤b、对每一目测量装置进行单目矫正；
步骤c、对整体立体视觉系统进行矫正；
步骤d、将三维被测样品放置在清晰成像处并对三维被测样品进行成像并计算形貌。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化或方法改进，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.高分辨力立体视觉系统，包括：至少两个单目测量装置（15）；所述单目测量装置（15）对三维被测样品（1）进行视觉测量；
其特征在于，所述单目测量装置，包括激光照明模块、视觉摄像模块、扫描放大测量模块；
所述的激光照明模块按照照明光传播方向依次为：激光器（11）、PBS（10）、二维振镜（9）、扫描透镜（8）、场镜I（7）、管镜（6）、1/4波片（5）、物镜（4）、场镜II（3）和摄影镜头（2）；
所述的视觉摄像模块为：摄影镜头（2）、场镜II（3）、物镜（4）、1/4波片（5）、管镜（6）、场镜I（7）、扫描透镜（8）、二维振镜（9）、PBS（10）、聚焦透镜（12）、针孔（13）和PMT探测器（14）；
所述的扫描放大测量模块按照信号光传播方向依次为：激光器（11）、PBS（10）、二维振镜（9）、扫描透镜（8）、场镜I（7）、管镜（6）、1/4波片（5）、物镜（4）、场镜II（3）、物镜（4）、1/4波片（5）、管镜（6）、场镜I（7）、扫描透镜（8）、二维振镜（9）、PBS（10）、聚焦透镜（12）、针孔（13）和PMT探测器（14）；
所述的激光照明模块、视觉摄像模块、扫描放大测量模块共用场镜II（3）、物镜（4）、1/4波片（5）、管镜（6）、场镜I（7）、扫描透镜（8）、二维振镜（9）、PBS（10）；
所述的激光照明模块、视觉摄像模块还共用摄影镜头（2）；
所述的激光照明模块、扫描放大测量模块共用激光器（11）；
所述的视觉摄像模块、扫描放大测量模块共用聚焦透镜（12）、针孔（13）和PMT探测器（14）；
所述的激光照明模块中激光器（11）发出激光，准直后形成平行光，经过PBS反射后再经过二维振镜（9）和扫描透镜（8）后聚焦于场镜I（7）光心位置处，光束经过管镜（6）后形成平行光后经1/4波片（5）后被物镜（4）聚焦于场镜II（3）光心位置，再经摄影镜头（2）聚焦于三维被测样品（1）表面形成聚焦光斑，所述的聚焦光斑照射三维被测样品表面的发出反射光；
所述三维被测样品（1）表面发出的反射光依次经过摄影镜头（2）、场镜II（3）、物镜（4）、1/4波片（5）、管镜（6）、场镜I（7）、扫描透镜（8）、二维振镜（9）、PBS（10）和聚焦透镜（12）、针孔（13）后被PMT探测器（14）收集。
2.根据权利要求1所述的高分辨力立体视觉系统实现高分辨力立体视觉测量的测量方法，其特征在于，所包括以下步骤：
步骤a、根据具体需求选择几个单目测量装置组成高分辨力立体视觉系统；
步骤b、对每一单目测量装置进行单目矫正；
步骤c、对整体立体视觉系统进行矫正；
步骤d、将三维被测样品放置在清晰成像处并对三维被测样品进行成像并计算形貌。
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