CN204902786U - 可降低被测物表面反光的三维测量系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种可降低被测物表面反光的三维测量系统。该系统包括图像分析及控制系统、投影机及相机；图像分析及控制系统用于控制所述投影机产生结构光；投影机用于从第一方向将结构光投射到被测物表面，在被测物表面形成变形结构光图案；图像分析及控制系统还用于通过相机从第二方向采集变形结构光图案，并对变形结构光图案进行分析，以获取被测物表面的深度信息；其特征在于，投影机包括第一圆偏振器；结构光通过第一圆偏振器形成圆偏振的结构光后被投射到被测物表面；相机的镜头前端安装有第二圆偏振器；第二圆偏振器用于消除进入相机的光线中的非圆偏振光成分；第一圆偏振器与第二圆偏振器同为左旋圆偏振器或右旋圆偏振器。
Description
技术领域
本实用新型涉及物体表面三维测量技术领域，尤其涉及一种可降低被测物表面反光的三维测量系统。
背景技术
在三维测量场合，对光亮或高反光表面的测量都是一个难题。随着微细加工和封装技术的发展，在表面检测和品质控制中，工业上越来越多地需要对三维信息进行微米级测量，特别是在表面贴装前后、集成电路封装前后等进行三维微测量。微米级三维微测量是对二维测量的增强。然而，无论从精度上还是从经济性上说，仍然缺乏微米级三维测量。事实上，光亮或高反光物体对测量过程形成了挑战。
在光学测量过程中，结构光投影到物体表面上，反射光被取像设备获得，被照物区域的深度信息能用三角法计算得到。然而，对光亮或反光物体测量，现在的光学测量很难达到目的。光亮物体会反射大多数光线进入相机内，相机传感器工作在过饱和状态。这样，信息就无法准确计算出来，现有的基于亮度的结构光测量高度信息方法就不行了。为解决这一问题，通常提前对待测量表面喷上一层薄的不透明漆。然而，由于喷漆过程可能产生喷涂不均匀的情况，在高精度的测量场合，即使喷漆厚度只有1-2微米，这种做法也会对测量结果引入明显影响。而且，在绝大多数场合，是不允许在被测物表面喷漆的，在线检测场合更不可能。这使得三维测量在针对高反光被测物时不适用，然而，由于电子器件的引脚、焊盘、集成电路金线等是金属，大量高反光被测物却需要三维测量。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提出一种可降低被测物表面反光的三维测量系统，以降低测量过程中高反光被测物表面的反光。本实用新型是这样实现的：
一种可降低被测物表面反光的三维测量系统，包括图像分析及控制系统、投影机及相机；
所述图像分析及控制系统用于控制所述投影机产生结构光；
所述投影机用于从第一方向将所述结构光投射到被测物表面，在被测物表面形成变形结构光图案；
所述图像分析及控制系统还用于通过所述相机从第二方向采集所述变形结构光图案，并对所述变形结构光图案进行分析，以获取被测物表面的深度信息；所述投影机包括第一圆偏振器；所述结构光通过所述第一圆偏振器形成圆偏振的结构光后被投射到被测物表面；
所述相机的镜头前端安装有第二圆偏振器；所述第二圆偏振器用于消除进入所述相机的光线中的非圆偏振光成分；
所述第一圆偏振器与第二圆偏振器同为左旋圆偏振器或右旋圆偏振器。
进一步地，所述第一圆偏振器包括第一线偏振片及四分之一波片；
所述结构光依次通过所述第一线偏振片及四分之一波片后形成圆偏振的结构光。
进一步地，所述第一方向与所述第二方向成30度角。
进一步地，所述结构光为相移数字条纹光或莫尔条纹光。
进一步地，所述投影机为LCOS投影机或DLP投影机。
进一步地，所述LCOS投影机包括LED光源、光学透镜组、第二线偏振片、LCOS、聚光镜；
所述LED光源产生白光；
所述白光通过所述光学透镜组后形成面光源；
所述面光源通过所述第二线偏振片后投射到所述LCOS上；
所述LCOS在所述图像分析及控制系统的控制下反射所述面光源，形成所述结构光；
所述结构光通过所述第一圆偏振器形成圆偏振的结构光；
所述圆偏振的结构光通过所述聚光镜聚光后被投射到被测物表面。
进一步地，所述相机的镜头为远心镜头。
进一步地，所述图像分析及控制系统包括计算机系统。
进一步地，所述第二圆偏振器为一圆偏振片。
进一步地，所述投影机与所述相机连接，还用于将所述结构光投射到被测物表面的同时，通过同步信号触发所述相机同步对所述被测物表面进行曝光，以采集所述变形结构光图案。
与现有技术相比，本实用新型通过采用第一圆偏振器及第二圆偏振器，可显著减少被测物表面的过多反光，使进入相机的传感器始终处于线性状态，不产生过饱和。这样，即使被测物表面有高反光，通过相机采集的图像计算出的被测物表面各点的高度值也是准确的。本实用新型可广泛应用于具有高反光的被测物的三维测量。
附图说明
图1：本实用新型可降低被测物高反光的三维测量系统工作原理示意图；
图2：所述可降低被测物高反光的三维测量系统中投影机的工作原理示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型的一种可降低被测物表面反光的三维测量系统，包括图像分析及控制系统3、投影机1及相机2。所述图像分析及控制系统3控制所述投影机1产生结构光5，所述投影机1从第一方向将所述结构光5投射到被测物4表面。结构光5投射到被测物4表面后，由于被测物4表面的高低不平，结构光5将被被测物4表面调制，在被测物4表面形成变形结构光图案。所述图像分析及控制系统3可通过所述相机2从第二方向采集该变形结构光图案，并对该变形结构光图案进行分析，从而获取被测物4表面的深度信息。
本实用新型总体采用斜面投影，正面拍摄的光学结构，第一方向与第二方向可成30度角。如将被测物4平放于一水平面上，则相机2设置在经过该被测物4几何中心且垂直于该水平面的直线上对被测物4进行拍摄，而投影机1则设置在经过该被测物4几何中心且与该直线成30度角的直线上。
图像分析及控制系统3可采用计算机系统，通过计算机系统确定投影机1生成何种形式的结构光5，并将要生成的结构光信息发送给投影机1，并控制投影机1生成结构光5，如相移数字条纹光或莫尔条纹光。对变形结构光图案进行分析从而获取被测物4表面的深度信息属于三维测量及三维成像技术领域的常规技术，在此不再赘述。图像分析及控制系统3可采用点云数据结构对变形结构光图案进行分析，以计算出被测物4表面各点的高度信息。
投影机1包括第一圆偏振器。投影机1产生的结构光5通过第一圆偏振器，形成圆偏振的结构光5，然后被投射到被测物4表面。投影机1可为LCOS104投影机1或DLP投影机1。图2所示为一LCOS104投影机1的具体结构图，其中的第一圆偏振器包括第一线偏振片105及四分之一波片106，结构光5依次通过第一线偏振片105及四分之一波片106后形成圆偏振的结构光5。该LCOS104投影机1还包括LED光源101、光学透镜组102、第二线偏振片103、LCOS104、聚光镜107等。所述LED光源101用于产生白光。由于LED光源101一般为点光源，其产生的白光一般为发散型，可通过增加一光学透镜组102对LED光源101产生的白光进行整形，使白光通过该光学透镜组102后形成面光源。形成的面光源通过偏振片后，产生偏振的面光源，并被投射到LCOS104上。LCOS104可在所述图像分析及控制系统3的控制下反射该偏振面光源，形成结构光5。根据前述，可通过图像分析及控制系统3确定需要产生的结构光5，LCOS104可同图像分析及控制系统3接收将要生成的结构光5信息，并根据该结构光5信息控制其内部各像素反光板的开关及发光强度，以形成该结构光5。该结构光5通过第一圆偏振器形成圆偏振的结构光5，形成的圆偏振的结构光5通过聚光镜107聚光后被投射到被测物4表面。该LCOS104投影机1的第一圆偏振器包括第一线偏振片105及四分之一波片106，结构光5依次通过第一线偏振片105及四分之一波片106后形成圆偏振的结构光5。
相机2的镜头前端安装有第二圆偏振器。第二圆偏振器可消除进入相机2的光线中的非圆偏振光成分。第二圆偏振器可为一圆偏振片或其他可能结构。需注意的是，第一圆偏振器与第二圆偏振器类型需相同，同为左旋圆偏振器或右旋圆偏振器。相机2的镜头为远心镜头201。所述投影机1还可与所述相机2连接，将所述结构光5投射到被测物4表面的同时，通过同步信号触发所述相机2同步对所述被测物4表面进行曝光，以采集所述变形结构光图案。
通过采用第一圆偏振器及第二圆偏振器，可显著减少被测物4表面的过多反光，使进入相机2的传感器始终处于线性状态，不产生过饱和。这样，即使被测物4表面有高反光，通过相机2采集的图像计算出的被测物4表面各点的高度值也是准确的。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可降低被测物表面反光的三维测量系统，包括图像分析及控制系统、投影机及相机；
所述图像分析及控制系统用于控制所述投影机产生结构光；
所述投影机用于从第一方向将所述结构光投射到被测物表面，在被测物表面形成变形结构光图案；
所述图像分析及控制系统还用于通过所述相机从第二方向采集所述变形结构光图案，并对所述变形结构光图案进行分析，以获取被测物表面的深度信息；其特征在于，所述投影机包括第一圆偏振器；所述结构光通过所述第一圆偏振器形成圆偏振的结构光后被投射到被测物表面；
所述相机的镜头前端安装有第二圆偏振器；所述第二圆偏振器用于消除进入所述相机的光线中的非圆偏振光成分；
所述第一圆偏振器与第二圆偏振器同为左旋圆偏振器或右旋圆偏振器。
2.如权利要求1所述的可降低被测物表面反光的三维测量系统，其特征在于，所述第一圆偏振器包括第一线偏振片及四分之一波片；
所述结构光依次通过所述第一线偏振片及四分之一波片后形成圆偏振的结构光。
3.如权利要求1所述的可降低被测物表面反光的三维测量系统，其特征在于，所述第一方向与所述第二方向成30度角。
4.如权利要求1所述的可降低被测物表面反光的三维测量系统，其特征在于，所述结构光为相移数字条纹光或莫尔条纹光。
5.如权利要求1所述的可降低被测物表面反光的三维测量系统，其特征在于，所述投影机为LCOS投影机或DLP投影机。
6.如权利要求5所述的可降低被测物表面反光的三维测量系统，其特征在于，所述LCOS投影机包括LED光源、光学透镜组、第二线偏振片、LCOS、聚光镜；
所述LED光源产生白光；
所述白光通过所述光学透镜组后形成面光源；
所述面光源通过所述第二线偏振片后投射到所述LCOS上；
所述LCOS在所述图像分析及控制系统的控制下反射所述面光源，形成所述结构光；
所述结构光通过所述第一圆偏振器形成圆偏振的结构光；
所述圆偏振的结构光通过所述聚光镜聚光后被投射到被测物表面。
7.如权利要求1所述的可降低被测物表面反光的三维测量系统，其特征在于，所述相机的镜头为远心镜头。
8.如权利要求1所述的可降低被测物表面反光的三维测量系统，其特征在于，所述图像分析及控制系统包括计算机系统。
9.如权利要求1所述的可降低被测物表面反光的三维测量系统，其特征在于，所述第二圆偏振器为一圆偏振片。
10.如权利要求1所述的可降低被测物表面反光的三维测量系统，其特征在于，所述投影机与所述相机连接，还用于将所述结构光投射到被测物表面的同时，通过同步信号触发所述相机同步对所述被测物表面进行曝光，以采集所述变形结构光图案。
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