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Abstract

本发明公开了一种大视野散斑结构光相机照明系统，属于三维视觉技术领域，该系统包括：依次布置的照明模块、第一非球面透镜、第二非球面透镜及散斑片；其中，照明模块、第一非球面透镜、第二非球面透镜及散斑片同轴布置；第一非球面透镜，用于对照明模块发出光线的角度进行收缩，以减小发散角度；第二非球面透镜，用于将第一非球面透镜收缩的光束的中心光束进行准直和边缘光线的聚焦，然后照射至所述散斑片。通过本发明使得3D散斑结构光相机能应用于大视野和大景深场合，实现大幅面的三维测量。

Description

一种大视野散斑结构光相机照明系统
技术领域
本发明属于三维视觉技术领域，更具体地，涉及一种大视野散斑结构光相机照明系统。
背景技术
近年来，随着三维视觉技术的快速发展和图像采集设备的不断进步，3D相机技术被越来越多的应用于高端制造、汽车制造、机器人及智能无人系统(无人车、无人机)等领域，为工业制造提供数字化依据，为自动化、智能化提供视觉感知。
3D相机按照技术原理可分为条纹结构光、线扫激光以及红外成像等。目前，商业化3D相机中有60％以上均采用了结构光技术，一般采用投影仪(如DLP投影仪)向被测物体表面投射多幅(如多频四步相移14幅)光栅图案(如格雷码、正弦条纹等)，并利用相机多次采集图像来计算三维点云数据，精度较高，但需要对多幅图像进行解算、速度较慢；同时，受投影仪亮度和镜头不能定制的限制，基于结构光技术的3D相机不能用于大幅面(＞1m)的测量。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种大视野散斑结构光相机照明系统，由此解决现有基于结构光技术的3D相机不能用于大幅面测量的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种大视野散斑结构光相机照明系统，包括：依次布置的照明模块、第一非球面透镜、第二非球面透镜及散斑片；
所述照明模块、所述第一非球面透镜、所述第二非球面透镜及所述散斑片同轴布置；
所述第一非球面透镜，用于对所述照明模块发出光线的角度进行收缩，以减小发散角度；
所述第二非球面透镜，用于将所述第一非球面透镜收缩的光束的中心光束进行准直和边缘光线的聚焦，然后照射至所述散斑片。
优选地，所述照明模块与所述第一非球面透镜的第一非球面的距离为3mm＜L1＜5mm，且所述第一非球面透镜的焦距为10mm≤f1≤20mm，其中，所述第一非球面透镜的第一非球面为靠近所述照明模块的一面。
优选地，所述第一非球面透镜的第二非球面与所述第二非球面透镜的第一非球面的距离为1mm＜L2＜5mm，且所述第二非球面透镜的焦距为25mm≤f2≤35mm，其中，所述第一非球面透镜的第二非球面为远离所述照明模块的一面，所述第二非球面透镜的第一非球面为靠近所述第一非球面透镜的一面。
优选地，所述第二非球面透镜的第二非球面与所述散斑片之间的距离为20mm＜L3＜50mm，其中，所述第二非球面透镜的第二非球面为远离所述第一非球面透镜的一面。
优选地，所述第一非球面透镜的第一非球面的曲率小于所述第一非球面透镜的第二非球面的曲率。
优选地，所述第二非球面透镜的第一非球面的曲率大于所述第二非球面透镜的第二非球面的曲率。
优选地，所述大视野散斑结构光相机照明系统的焦距为12mm≤f≤30mm。
优选地，所述系统还包括：光阑；
所述光阑放置于所述第一非球面透镜与所述第二非球面透镜之间，其用于对经过所述第一非球面透镜的光束进行限制。
优选地，所述照明模块包括大功率蓝色LED，其中，所述大功率为60W～80W。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明通过依次同轴布置的照明模块、第一非球面透镜、第二非球面透镜及散斑片；使得3D散斑结构光相机能应用于大视野(大于1.4m*1.2m)和大景深(＞1.8m)场合，实现大幅面的三维测量。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种大视野散斑结构光相机照明系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种大视野散斑结构光相机照明系统的应用示意图；
图3是本发明实施例提供的一种大视野散斑结构光相机照明系统的透射效果示意图，其中，(a)为左相机接收到的散斑图案，(b)为右相机接收到的散斑图案；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1为照明模块，2为第一非球面透镜，3为第二非球面透镜，4为散斑片，5为光阑，6为工业镜头，21为第一非球面透镜的第一非球面，22为第一非球面透镜的第二非球面，31为第二非球面透镜的第一非球面，32为第二非球面透镜的第二非球面。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明实例中，“第一”、“第二”等是用于区别不同的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
如图1所示是本发明实施例提供的一种大视野散斑结构光相机照明系统的结构示意图，包括：依次布置的照明模块1、第一非球面透镜2、第二非球面透镜3及散斑片4；
照明模块1、第一非球面透镜2、第二非球面透镜3及散斑片4同轴布置；
第一非球面透镜2，用于对照明模块1发出光线的角度进行收缩，以减小发散角度，以便后续镜片进行中心光线的准直和边缘光线的聚焦；
第二非球面透镜3，用于将第一非球面透镜2收缩的光束的中心光束进行准直和边缘光线的聚焦，然后照射至散斑片4。
在本发明实施例中，照明模块1提供光照明，第一非球面透镜2和第二非球面透镜3组成照明光学系统，光学照明系统主要将照明模块1发出的中间光线进行准直，而边缘光线进行汇聚，从而提高被照射面的均匀度和光亮度。
在本发明实施例中，照明模块1与第一非球面透镜的第一非球面21的距离为3mm＜L1＜5mm，且第一非球面透镜2的焦距为10mm≤f1≤20mm，其中，第一非球面透镜的第一非球面21为靠近照明模块1的一面。
在本发明实施例中，第一非球面透镜的第二非球面22与第二非球面透镜的第一非球面31的距离为1mm＜L2＜5mm，且第二非球面透镜3的焦距为25mm≤f2≤35mm，其中，第一非球面透镜的第二非球面22为远离照明模块1的一面，第二非球面透镜的第一非球面31为靠近第一非球面透镜2的一面。
在本发明实施例中，第二非球面透镜的第二非球面32与散斑片4之间的距离为20mm＜L3＜50mm，其中，第二非球面透镜的第二非球面32为远离第一非球面透镜2的一面。
在本发明实施例中，第一非球面透镜的第一非球面21的曲率小于第一非球面透镜的第二非球面22的曲率。
在本发明实施例中，第二非球面透镜的第一非球面31的曲率大于第二非球面透镜的第二非球面32的曲率。
在本发明实施例中，该大视野散斑结构光相机照明系统的焦距为12mm≤f≤30mm。
在本发明实施例中，照明模块1可以采用大功率蓝色LED，其中，大功率为60W～80W。
在本发明实施例中，该系统还包括：光阑5；
其中，该光阑5放置于第一非球面透镜2与第二非球面透镜3之间，其用于对经过第一非球面透镜2的光束进行限制。
如图2所示，实际使用时，可以通过工业镜头6将散斑片4上的散斑图案投射至被测物体表面，然后由光学相机进行接收，通过算法进行三维重建，如：双目视差、图像相关法等进行三维重建。
在本发明实施例中，以照明散斑区域的幅面为9*9mm为例，照明散斑区域通过任意工业投影镜头6投射出，当工业镜头为16mm时，在2.5m处通过本发明系统的散斑区域的幅面为1.40*1.40m，且照度为330lux，在4.5m处系统散斑区域的幅面为2.53m*2.53m，照度为75lux，可满足各种大幅面工业上下料、拆垛及码垛等应用场景。
如图3所示是本发明实施例提供的一种大视野散斑结构光相机照明系统的透射效果示意图，其中，(a)为左相机接收到的散斑图案，(b)为右相机接收到的散斑图案，均具有较好的亮度。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种大视野散斑结构光相机照明系统，其特征在于，包括：依次布置的照明模块、第一非球面透镜、第二非球面透镜及散斑片；
所述照明模块、所述第一非球面透镜、所述第二非球面透镜及所述散斑片同轴布置；
所述第一非球面透镜，用于对所述照明模块发出光线的角度进行收缩，以减小发散角度；
所述第二非球面透镜，用于将所述第一非球面透镜收缩的光束的中心光束进行准直和边缘光线的聚焦，然后照射至所述散斑片。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述照明模块与所述第一非球面透镜的第一非球面的距离为3mm＜L1＜5mm，且所述第一非球面透镜的焦距为10mm≤f1≤20mm，其中，所述第一非球面透镜的第一非球面为靠近所述照明模块的一面。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一非球面透镜的第二非球面与所述第二非球面透镜的第一非球面的距离为1mm＜L2＜5mm，且所述第二非球面透镜的焦距为25mm≤f2≤35mm，其中，所述第一非球面透镜的第二非球面为远离所述照明模块的一面，所述第二非球面透镜的第一非球面为靠近所述第一非球面透镜的一面。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第二非球面透镜的第二非球面与所述散斑片之间的距离为20mm＜L3＜50mm，其中，所述第二非球面透镜的第二非球面为远离所述第一非球面透镜的一面。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一非球面透镜的第一非球面的曲率小于所述第一非球面透镜的第二非球面的曲率。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第二非球面透镜的第一非球面的曲率大于所述第二非球面透镜的第二非球面的曲率。
7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述大视野散斑结构光相机照明系统的焦距为12mm≤f≤30mm。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：光阑；
所述光阑放置于所述第一非球面透镜与所述第二非球面透镜之间，其用于对经过所述第一非球面透镜的光束进行限制。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述照明模块包括大功率蓝色LED，其中，所述大功率为60W～80W。
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