CN110440713A - 基于fpga的便携式光栅投影三维测量系统及测量方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于FPGA的便携式光栅投影三维测量系统，包括光栅条纹生成模块、掌上投影仪、相机，图像存储模块，其特征在于：所述的光栅条纹生成模块为FPGA，FPGA的VGA视频转换接口与掌上投影仪的VGA视频接口相连；所述的相机为带Camera Link接口的相机，所述的相机通过Camera Link接口与CLR_HSMC影像转接子卡的HSMC接口相连，CLR_HSMC影像转接子卡的HSMC接口与FPGA的HSMC接口相连；所述的图像存储模块为高速SD卡，高速SD卡插入FPGA的SD卡插槽。该测量系统造价低，降低了测量成本；且其体积小，便于携带，方便光栅投影三维测量技术在工程现场的使用。
Description
技术领域
本申请涉及一种光栅投影三维测量系统及测量方法。
背景技术
随着机器视觉和光学测量技术的快速发展，光栅投影三维测量由于无需接触被测物、测量精度髙、速度快、分辨率高、能够再现物体的三维形貌等优点，在产品质量控制、实物仿形、生物医学等领域得到了广泛的应用。
现有的光栅投影三维测量系统由投影设备、相机、计算机组成。其工作原理是，在计算机端进行光栅条纹编码，再由投影设备将光栅条纹投射到待测物体表面，然后由计算机控制相机、获取被调制的条纹图案，获取的条纹图案在计算机存储；并进行三维重构算法，构造出被测物体的三维面型结构。该测量系统在使用时必须现场使用计算机生成光栅条纹，控制相机，并对条纹图案存储、三维重构。计算机价格高，增加了三维测量的成本，同时计算机体积大、不方便携带，限制了三维测量技术在许多工程现场的使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于FPGA的便携式光栅投影三维测量系统。该测量系统造价低，降低了测量成本；且其体积小，便于携带，方便光栅投影三维测量技术在工程现场的使用。
本发明实现其第一发明目的所采用的技术方案是，一种基于FPGA的便携式光栅投影三维测量系统，包括光栅条纹生成模块、掌上投影仪、相机，图像存储模块，其特征在于：
所述的光栅条纹生成模块为FPGA，FPGA的VGA视频转换接口与掌上投影仪的VGA视频接口相连；
所述的相机为带Camera Link接口的相机，所述的相机通过Camera Link接口与CLR_HSMC影像转接子卡的HSMC接口相连，CLR_HSMC影像转接子卡的HSMC接口与FPGA的HSMC接口相连；
所述的图像存储模块为高速SD卡，高速SD卡插入FPGA的SD卡插槽。
本发明的第二发明目的是提供一种使用上述的便携式光栅投影三维测量系统进行三维测量的方法，使用该方法能够方便的在工程现场进行光栅投影三维测量。
本发明实现其第二发明目的所采用的技术方案是，一种使用上述的便携式光栅投影三维测量系统进行三维测量的方法，其步骤是：
A、光栅条纹投影
FPGA实时地生成设定频率、相位、样式的光栅条纹信号，光栅条纹信号通过VGA视频转换接口送掌上投影仪，掌上投影仪将光栅条纹图像投影至待测物体上；
B、变形光栅条纹图像的采集
相机在FPGA的控制下，对被投影的待测物体进行拍照，得到受物体高度调制的变形光栅条纹图像，相机将变形光栅条纹图像通过影像转接子卡传回FPGA缓存，FPGA再将缓存的变形光栅条纹图像转化为BMP格式，并将BMP格式的变形光栅条纹图像传至高速SD卡存储；
C、三维形貌复原
由计算机对高速SD卡存储的BMP格式的变形光栅条纹图像进行三维形貌复原，即完成待测物体的三维测量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明由FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)实现光栅条纹的生成、相机的控制、并通过FPGA将现场拍取的变形光栅条纹图像存储在SD卡上。离开现场后，再将SD卡存储的图像交由计算机进行三维形貌复原。避免了在测量现场使用价格高、体积大的计算机，降低了测量成本；且FPGA体积小，便于携带至现场，方便光栅投影三维测量技术在工程现场的使用。
进一步，所述A步的光栅条纹信号的样式为正弦光栅、复合双频光栅、罗奇光栅或具有固定相移的R、G、B三个单色光栅合成的彩色光栅。
这样本发明能够根据不同的物体、不同的应用场景，采用不同的光栅条纹进行三维测量，扩展了光栅条纹三维测量系统的应用范围。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步的详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
图1示出，本发明的一种具体实施方式是，一种基于FPGA的便携式光栅投影三维测量系统，包括光栅条纹生成模块、掌上投影仪、相机，图像存储模块，其特征在于：
所述的光栅条纹生成模块为FPGA1，FPGA的VGA视频转换接口与掌上投影仪2的VGA视频接口相连；
所述的相机为带Camera Link接口的相机3，所述的相机3通过Camera Link接口与CLR_HSMC影像转接子卡4的HSMC接口相连，CLR_HSMC影像转接子卡的HSMC接口与FPGA1的HSMC接口相连；
所述的图像存储模块为高速SD卡1a，高速SD卡1a插入FPGA1的SD卡插槽。
一种使用本例的便携式光栅投影三维测量系统进行三维测量的方法，其步骤是：
A、光栅条纹投影
FPGA1实时地生成设定频率、相位、样式的光栅条纹信号，光栅条纹信号通过VGA视频转换接口送掌上投影仪2，掌上投影仪2将光栅条纹图像投影至待测物体上；
B、变形光栅条纹图像的采集
相机3在FPGA1的控制下，对被投影的待测物体进行拍照，得到受物体高度调制的变形光栅条纹图像，相机3将变形光栅条纹图像通过影像转接子卡4传回FPGA缓存，FPGA再将缓存的变形光栅条纹图像转化为BMP格式，并将BMP格式的变形光栅条纹图像传至高速SD卡存储；
C、三维形貌复原
由计算机对高速SD卡存储的BMP格式的变形光栅条纹图像进行三维形貌复原，即完成待测物体的三维测量。
本例中，A步的光栅条纹信号的样式为正弦光栅、复合双频光栅、罗奇光栅或具有固定相移的R、G、B三个单色光栅合成的彩色光栅。
Claims (3)
1.一种基于FPGA的便携式光栅投影三维测量系统，包括光栅条纹生成模块、掌上投影仪、相机，图像存储模块，其特征在于：
所述的光栅条纹生成模块为FPGA(1)，FPGA的VGA视频转换接口与掌上投影仪(2)的VGA视频接口相连；
所述的相机为带Camera Link接口的相机(3)，所述的相机(3)通过Camera Link接口与CLR_HSMC影像转接子卡(4)的HSMC接口相连，CLR_HSMC影像转接子卡的HSMC接口与FPGA(1)的HSMC接口相连；
所述的图像存储模块为高速SD卡(1a)，高速SD卡(1a)插入FPGA(1)的SD卡插槽。
2.一种使用权利要求1所述的便携式光栅投影三维测量系统进行三维测量的方法，其步骤是：
A、光栅条纹投影
FPGA(1)实时地生成设定频率、相位、样式的光栅条纹信号，光栅条纹信号通过VGA视频转换接口送掌上投影仪(2)，掌上投影仪(2)将光栅条纹图像投影至待测物体上；
B、变形光栅条纹图像的采集
相机(3)在FPGA(1)的控制下，对被投影的待测物体进行拍照，得到受物体高度调制的变形光栅条纹图像，相机(3)将变形光栅条纹图像通过影像转接子卡(4)传回FPGA缓存，FPGA再将缓存的变形光栅条纹图像转化为BMP格式，并将BMP格式的变形光栅条纹图像传至高速SD卡存储；
C、三维形貌复原
由计算机对高速SD卡存储的BMP格式的变形光栅条纹图像进行三维形貌复原，即完成待测物体的三维测量。
3.根据权利要求2所述的三维测量的方法，其特征在于，所述A步的光栅条纹信号的样式为正弦光栅、复合双频光栅、罗奇光栅或具有固定相移的R、G、B三个单色光栅合成的彩色光栅。
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2019
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