CN201383041Y - 一种结构光投影装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种结构光投影装置，包括闪光灯管、聚光灯杯、菲涅耳透镜、投影介质、增透镜、投影镜头。所述的聚光灯杯前方设有闪光灯管；所述的闪光灯管前方设有菲涅耳透镜；所述的菲涅耳透镜前方设有投影介质；所述的投影介质前方设有增透镜；所述的增透镜前方设有投影镜头。本实用新型的结构光投影装置结构简单、成本低廉。可以用于结构光三维扫描和建模，获取三维自由曲面的三维信息。也可用于平面度检测等相关领域。

Description

一种结构光投影装置

技术领域

本实用新型涉及一种结构光投影装置。属于三维扫描和三维重构领域。

背景技术

三维扫描仪(3D Scanner)又称为三维数字化仪(3D Digitizer)或三维相机(3D Camera)，在以下的描述中，将其通称为三维数字化仪(3D Digitizer)，它是当前使用的对实际物体三维建模的重要工具。它能快速方便的将真实世界的立体彩色信息(或黑白信息)转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数字化提供了有效的手段。目前在国内外，三维相机已被广泛用于人体胸部以上(有时专注于头部)的模型捕捉，并进而用于其他各行各业的二次模型开发。

用于三维建模的设备所采用的方法多种多样，有破坏性的，也有非接触式的。基于计算机视觉原理提出了多种三维信息获取原理。这包括单目视觉法，立体视觉法(包括双目、多目视觉法)，从轮廓恢复形状法，从运动恢复形状法，结构光法，编码光法等。其中的结构光法，编码光法成为目前多数三维扫描设备的基础。

在三维数字化仪中，技术应用最为成熟要算结构光法和双目视差法。其中又以结构光法应用最为广泛。

结构光法的基本思想是利用照明光源中的几何信息帮助提取物体的几何信息，是一种既利用图像又利用可控光源的测距技术。它将具有特殊结构形状的光源投射到待测物体上，形成光条纹，根据光源与相机的相对位置，按照计算机视觉理论，由光条纹的形状可以计算出被照射点的三维坐标，这种方法又称为光条法。从光源的几何形状上说，结构光有点状、条状、网状等多种，可以采用激光或白光作为光源。

使用这种方法的三维数字化仪，其主要构成包括相机、结构光投影装置、控制模块。在结构光投影装置内部放置一个稳定的光源。当控制模块启动相机工作后，光源便会开启，产生稳定的白色光。在这一光源的正前方，放置有一光栅片。结构光投影装置将光栅投影在被捕捉物体表面，通过相应三维软件中得到被测物体的模型。常用的结构光投影装置包括商业投影仪。采用这种方法的一个缺点是，当相机工作的时候，需要将光栅持续地投影在物体表面，持续时间长。当其用于捕捉人的三维模型时，由于时间长，难以保证人的位置不发生改变，从而影响模型效果，同时由于投影光栅时使用强烈的白光，会使人感到刺眼、不适。商业投影仪的启动预热时间长，耗电量大，成本高。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、成本低廉的投影装置，用于结构光方法的三维数字化仪。其技术解决方案为：

一种结构光投影装置，包括闪光灯管、聚光灯杯、两块菲涅耳透镜、投影介质、增透镜、投影镜头，其特征在于：聚光灯杯前方设有闪光灯管，闪光灯管前方设有两块菲涅耳透镜，两块菲涅耳透镜前方设有投影介质，投影介质前方设有增透镜，增透镜前方设有投影镜头。

菲涅耳透镜需要两块，以螺纹面相向放置。

菲涅耳透镜、投影介质、增透镜、投影镜头的光轴重合于一条直线；闪光灯管的轴心线和聚光灯杯的焦点轴线重合。

由于采用了以上技术方案，本实用新型的结构光投影装置采用摄影闪光灯管。瞬时光强大，投影结构光的对比度强，降低后端的三维重构过程中图像处理的噪声。摄影闪光灯管对人眼没有伤害，也不会造成不适。摄影闪光灯管的结构小巧，成本低廉。

本实用新型的结构光投影装置采用摄影闪光灯杯。摄影闪光灯杯的结构小巧，成本低廉。

本实用新型的结构光投影装置采用两块菲涅耳透镜以螺纹面相向放置。可以取代传统投影光路中的凸透镜，实现聚光的功能。菲涅耳透镜成本低廉、重量轻、厚度小，可以有效缩小投影装置的体积和重量。

本实用新型的结构光投影装置采用传统的幻灯胶片作投影介质。可以生成各种高精度的结构光图样，成本低廉。也可以采用玻璃蚀刻方式生成光栅作为投影介质。

本实用新型的结构光投影装置采用双面镀增透膜的增透镜。增透镜可以有效降低反射，增加总体有效光通量。增透镜也可以作为投影介质的安装夹持面。

本实用新型的结构光投影装置采用专用的投影镜头，也可以使用短焦距的摄影镜头。

本实用新型的结构光投影装置结构简单、投影对比度大、投影精度高。

附图说明

附图为本实用新型结构光投影装置的结构示意图

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

参照附图，一种结构光投影装置，包括投影镜头1、增透镜2、投影介质3，菲涅耳透镜4、菲涅耳透镜5、投影灯管6、聚光灯杯7。

所述投影镜头1、增透镜2、投影介质3，菲涅耳透镜4、菲涅耳透镜5依序排列，聚光灯杯7前方设有闪光灯管6，闪光灯管6前方设有菲涅耳透镜4、5，菲涅耳透镜4、5前方设有投影介质3，投影介质3前方设有增透镜2，增透镜2前方设有投影镜头1。各个部件的光轴重合于一条直线；闪光灯管6的轴心线和聚光灯杯7的焦点轴线重合；菲涅耳透镜4和菲涅耳透镜5以螺纹面相向放置；投影介质3位于投影镜头1的像平面上。

所述的闪光灯管和相应的充放电电路相连，接受控制模块的指令，实现和相机的同步工作，完成结构光的三维获取。

Claims (3)

1一种结构光投影装置，包括闪光灯管(6)、聚光灯杯(7)、菲涅耳透镜(4)、(5)、投影介质(3)、增透镜(2)、投影镜头(1)，其特征在于：所述的聚光灯杯(7)前方设有闪光灯管(6)，所述的闪光灯管(6)前方设有菲涅耳透镜(4)、(5)，所述的菲涅耳透镜(4)、(5)前方设有投影介质(3)，所述的投影介质(3)前方设有增透镜(2)，所述的增透镜(2)前方设有投影镜头(1)。

2如权利要求1所述的结构光投影装置，其特征在于：所述的菲涅耳透镜(4)、(5)以螺纹面相向放置。

3如权利要求1所述的结构光投影装置，其特征在于：所述的菲涅耳透镜(4)、(5)、投影介质(3)、增透镜(2)、投影镜头(1)的光轴重合于一条直线，所述的闪光灯管(6)的轴心线和聚光灯杯(7)的焦点轴线重合。