CN109596063B - 多波长高分辨力立体视觉测量装置与方法 - Google Patents

多波长高分辨力立体视觉测量装置与方法 Download PDF

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Abstract

多波长高分辨力立体视觉测量系统与方法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系统联用测量大尺度三维物体形貌、形变、位移等的系统和方法；该系统有多个多波长高分辨力立体视觉单目测量装置组成，每一个多波长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

多波长高分辨力立体视觉测量装置与方法
技术领域
本发明设计立体视觉测量装置与方法技术领域，更具体地说是属于多波长高分辨力立体视觉测量装置与方法。
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。
因此，如何提供一种多波长高分辨力立体视觉测量装置与方法是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明公开了多波长高分辨力立体视觉测量装置与方法，该装置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。
本发明公开了一种多波长高分辨力立体视觉测量系统与方法，
其中，多波长高分辨力立体视觉测量系统，包括至少两个单目测量装置；
所述单目测量装置包括：激光照明模块、视觉摄像模块和扫描放大测量模块；
所述激光照明模块包括：激光器、准直器、PBS、二维振镜、扫描透镜、第一场镜、管镜、物镜、第二场镜和摄影镜头；
所述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第一场镜光心位置处，光束经过管镜后形成平行光后被物镜聚焦于第二场镜光心位置，再经摄影镜头聚焦于三维被测样品表面形成聚焦光斑，所述聚焦光斑照射样品表面的发出反射光；
所述视觉摄像模块包括：摄影镜头、第二场镜、物镜、管镜、第一场镜、扫描透镜、二维振镜、PBS、带通滤光片、聚焦透镜、针孔和PMT探测器；
所述三维被测样品表面发出的反射光依次经过摄影镜头、第二场镜、物镜、管镜、第一场镜、扫描透镜、二维振镜、PBS、带通滤光片、和聚焦透镜、针孔后被PMT探测器收集；
所述扫描放大测量模块包括：激光器、准直器、PBS、二维振镜、扫描透镜、第一场镜、管镜、物镜、第二场镜、带通滤光片、聚焦透镜、针孔和PMT探测器；
其中，不同的单目测量装置内的带通滤光片的中心频率不同；
所述扫描放大测量模块按照信号光传播方向依次为：激光器、准直器、PBS、二维振镜、扫描透镜、第一场镜、管镜、物镜、第二场镜、物镜、管镜、第一场镜、扫描透镜、二维振镜、PBS、带通滤光片、聚焦透镜、针孔和PMT探测器。
优选的，所述立体视觉测量系统的成像方式为振镜扫描成像。
需要说明的是：所述立体视觉测量系统的成像方式为振镜扫描成像，扫描放大测量系统针孔的引入可以提高收集信号的信噪比。
优选的，所述立体视觉测量系统每一目的激光器输出波长均不相同，所述带通滤光片的通带为其所对应的激光器输出波长的峰值范围。
基于多波长高分辨力立体视觉测量系统的多波长高分辨力立体视觉测量方法，所包括以下步骤：
步骤a、选择使用不同波长的激光器及对应的带通滤光片组成不同的单目测量装置从而 组成多波长高分辨力立体视觉测量系统；
步骤b、对每一目单目测量装置进行单目矫正；
步骤c、对整体立体视觉测量系统进行矫正；
步骤d、将三维物体放置在清晰成像处并对三维物体进行成像并计算形貌。
有益效果：
本发明的立体视觉测量系统中在定焦摄像镜头后加上了一整套扫描放大测量系统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系统，从而提高整个立体视觉系统的分辨力，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，而且扫描放大测量系统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），且多目视觉可同时照明成像，通过各自的带通滤光片避免相互间的串扰。
立体视觉测量系统场镜的引入可以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。
附图说明
图1是本发明多波长高分辨力立体视觉测量系统的结构示意图；
图2是本发明多波长高分辨力立体视觉测量系统的单目测量装置结构示意图；
图3是本发明通过多组单目测量装置对三维物体成像示意图；
其中，1被测样品、2摄影镜头、3第二场镜、4物镜、5管镜、6第一场镜、7扫描透镜、8二维振镜、9 PBS、10带通滤光片、11聚焦透镜、12针孔、13 PMT探测器、14准直器、15第一激光器、16第二激光器。
具体实施方式
根据本发明的一具体实施例，提供一种多波长高分辨力立体视觉测量系统，用以三维物体高分辨力成像。
多波长高分辨力立体视觉测量系统，包括至少两个单目测量装置；
所述单目测量装置包括：激光照明模块、视觉摄像模块和扫描放大测量模块；
激光照明模块包括：第一激光器或第二激光器、准直器、PBS9、二维振镜8、扫描透镜7、第一场镜6、管镜5、物镜4、第二场镜3和摄影镜头2；
激光照明模块中第一激光器15或第二激光器16发出激光，准直后形成平行光，经过PBS9反射后再经过二维振镜8和扫描透镜7后聚焦于第一场镜6光心位置处，光束经过管镜5后形成平行光后被物镜4聚焦于第二场镜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，聚焦光斑照射样品表面的发出反射光。
视觉摄像模块包括：摄影镜头2、第二场镜3、物镜4、管镜5、第一场镜6、扫描透镜7、二维振镜8、PBS9、带通滤光片10、聚焦透镜11、针孔12和PMT探测器13；
三维被测样品1表面发出的反射光依次经过摄影镜头2、第二场镜3、物镜4、管镜5、第一场镜6、扫描透镜7、二维振镜8、PBS9、带通滤光片10、和聚焦透镜11、针孔12后被PMT探测器13收集。
扫描放大测量模块包括：第一激光器15或第二激光器16、准直器14、PBS9、二维振镜8、扫描透镜7、第一场镜6、管镜5、物镜4、第二场镜3、带通滤光片10、聚焦透镜11、针孔12和PMT探测器13。
其中，不同的单目测量装置内的带通滤光片10的中心频率不同；
扫描放大测量模块按照信号光传播方向依次为：第一激光器15或第二激光器16、准直器14、PBS9、二维振镜8、扫描透镜7、第一场镜6、管镜5、物镜4、第二场镜3、物镜4、管镜5、第一场镜6、扫描透镜7、二维振镜8、PBS9、带通滤光片10、聚焦透镜11、针孔12和PMT探测器13。
更进一步地，立体视觉测量系统的成像方式为振镜扫描成像。
需要说明的是：立体视觉测量系统的成像方式为振镜扫描成像，扫描放大测量系统针孔的引入可以提高收集信号的信噪比。
更进一步地，立体视觉测量系统每一目的激光器输出波长均不相同，带通滤光片10的通带为其所对应的激光器输出波长的峰值范围。
基于多波长高分辨力立体视觉测量系统的多波长高分辨力立体视觉测量方法，所包括以下步骤：
步骤a、选择使用不同波长的激光器及对应的带通滤光片组成不同的单目测量装置从而 组成多波长高分辨力立体视觉测量系统；
步骤b、对每一目单目测量装置进行单目矫正；
步骤c、对整体立体视觉测量系统进行矫正；
步骤d、将三维物体放置在清晰成像处并对三维物体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 (4)

1.多波长高分辨力立体视觉测量系统，其特征在于，包括至少两个单目测量装置；
所述单目测量装置包括：激光照明模块、视觉摄像模块和扫描放大测量模块；
所述激光照明模块包括：激光器、准直器（14）、PBS（9）、二维振镜（8）、扫描透镜（7）、第一场镜（6）、管镜（5）、物镜（4）、第二场镜（3）和摄影镜头（2）；
所述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（9）反射后再经过二维振镜（8）和扫描透镜（7）后聚焦于第一场镜（6）光心位置处，光束经过管镜（5）后形成平行光后被物镜（4）聚焦于第二场镜（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，所述聚焦光斑照射样品表面，发出反射光；
所述视觉摄像模块包括：摄影镜头（2）、第二场镜（3）、物镜（4）、管镜（5）、第一场镜（6）、扫描透镜（7）、二维振镜（8）、PBS（9）、带通滤光片（10）、聚焦透镜（11）、针孔（12）和PMT探测器（13）；
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）、第二场镜（3）、物镜（4）、管镜（5）、第一场镜（6）、扫描透镜（7）、二维振镜（8）、PBS（9）、带通滤光片（10）、和聚焦透镜（11）、针孔（12）后被PMT探测器（13）收集；
所述扫描放大测量模块包括：激光器、准直器（14）、PBS（9）、二维振镜（8）、扫描透镜（7）、第一场镜（6）、管镜（5）、物镜（4）、第二场镜（3）、带通滤光片（10）、聚焦透镜（11）、针孔（12）和PMT探测器（13）；
其中，不同的单目测量装置内的带通滤光片（10）的中心频率不同；
所述扫描放大测量模块按照信号光传播方向依次为：激光器、准直器（14）、PBS（9）、二维振镜（8）、扫描透镜（7）、第一场镜（6）、管镜（5）、物镜（4）、第二场镜（3）、物镜（4）、管镜（5）、第一场镜（6）、扫描透镜（7）、二维振镜（8）、PBS（9）、带通滤光片（10）、聚焦透镜（11）、针孔（12）和PMT探测器（13）。
2.根据权利要求1所述的多波长高分辨力立体视觉测量系统，其特征在于，所述立体视觉测量系统的成像方式为振镜扫描成像。
3.根据权利要求1所述的多波长高分辨力立体视觉测量系统，其特征在于，所述立体视觉测量系统每一目的激光器输出波长均不相同，所述带通滤光片（10）的通带为其所对应的激光器输出波长的峰值范围。
4.根据权利要求1所述的多波长高分辨力立体视觉测量系统的多波长高分辨力立体视觉测量方法，其特征在于，所包括以下步骤：
步骤a、选择使用不同波长的激光器及对应的带通滤光片组成不同的单目测量装置从而 组成多波长高分辨力立体视觉测量系统；
步骤b、对每一目单目测量装置进行单目矫正；
步骤c、对整体立体视觉测量系统进行矫正；
步骤d、将三维物体放置在清晰成像处并对三维物体进行成像并计算形貌。
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