CN208579746U - 3d信息检测设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种3D信息检测设备，其包括DLP投影仪(100)、相机(200)、控制器(300)和图像处理模块(400)，所述DLP投影仪(100)用于向物体投射经编码后的结构光，所述相机(200)用于获取被投射有结构光的所述物体的图像，所述图像处理模块(400)与所述相机(200)相连、且用于通过对所述图像处理得到所述物体的3D深度信息，所述控制器(300)与所述DLP投影仪(100)和所述相机(200)均相连、且控制两者工作。上述方案能解决目前用于获取物体3D信息的设备对PC的性能要求较高的问题。

Description

3D信息检测设备
技术领域
本实用新型涉及物体的3D信息获取技术领域，尤其涉及一种3D信息检测设备。
背景技术
随着技术的进步，机器的视觉性能越来越好，机器人的图像获取装置是机器人的核心部件，决定着机器人的定位精度。在机器视觉领域中，普通的图像获取设备只能获取物体的二维信息，无法获取物体的深度信息，很显然无法满足要求。
目前用于获取物体三维信息的图像获取装置采用投影仪和相机通过搭建结构光检测系统实现对物体3D信息的获取。但是，目前的图像获取装置中各个组成部分独立工作，而且只能获取物体的二维图像，获取的二维图像需要后续在PC(personal computer，个人计算机)上被继续处理，进而才能获取物体的3D信息。此种通过对二维图像进行分析处理得到3D信息的方式对PC要求较高。
实用新型内容
本实用新型提供一种3D信息检测设备，以解决目前用于获取物体3D信息的设备对PC要求较高的问题。
为了解决上述问题，本实用新型采用下述技术方案：
3D信息检测设备，包括DLP投影仪、相机、控制器和图像处理模块，所述DLP投影仪用于向物体投射经编码后的结构光，所述相机用于获取被投射有结构光的所述物体的图像，所述图像处理模块与所述相机相连、且用于通过对所述图像处理得到所述物体的3D深度信息，所述控制器与所述DLP投影仪和所述相机均相连、且控制两者工作。
本实用新型采用的技术方案能够达到以下有益效果：
本实用新型公开的3D信息检测设备中，控制器能够控制DLP投影仪和相机工作，进而能使得两者形成关联触发的整体，相机能够及时拍摄DLP投影仪投射的结构光，并使得拍摄的图像能够被图像处理模块及时处理。此检测过程由于DLP投影仪投影的图像能够及时被拍摄，图像处理模块能够及时对相机获取的图像进行处理来得到物体的3D深度信息，也就不存在对PC要求较高的问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为本实用新型实施例公开的一种3D信息检测设备的结构示意图；
图2为本实用新型实施例公开的偏轴镜头的示意图；
图3为本实用新型实施例公开的零偏轴镜头的示意图。
附图标记说明：
100-DLP投影仪、110-DLP驱动装置、120-投影光机、200-相机、300-控制器、400-图像处理模块、500-安装基座、600-壳体。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
以下结合附图，详细说明本实用新型各个实施例提供的技术方案。
请参考图1，本实用新型实施例公开一种3D信息检测设备。所公开的3D信息检测设备包括DLP投影仪100、相机200、控制器300和图像处理模块400。
DLP投影仪100是一种基于DLP(Digital Light Processing，数字光处理)技术的投影设备，DLP技术能将影像信号经过数字处理后再把光投影出来。DLP投影仪100具有可编码特性。DLP投影仪100用于向物体(被测物体)投射经编码后的结构光。在具体的工作过程中，DLP投影仪100投影一系列经过编码的图案，这些图案由结构光形成，后文采用结构光技术计算物体的3D(3Dimensions，三维信息)信息，这能提高检测精度。
结构光能够被结构光技术分析，结构光技术是一种主动式三角测量技术。其基本原理是光投射设备投射可控制的光点、光条或光面到物体表面进而形成特征点，结构光被投射到物体表面后被物体的高度调制，被调制的结构光经过图像获取后被传送到分析设备进行分析计算，进而能得到物体的3D信息，即物体的三维数据。
相机200用于获取被投射有结构光的物体的图像。图像处理模块400与相机200相连、且用于通过对图像处理得到物体的3D深度信息，如上段所述，具体的处理过程及3D深度信息的计算为公知技术，在此则不再赘述。具体的，图像处理模块400可以基于X86系统框架，采用GPU实现从相机200处获取图像及对图像实施面结构光算法处理。一种具体的实施方式中，图像处理模块400可以是GPU(Graphics Processing Unit，图形处理器)处理器。
控制器300与DLP投影仪100和相机200均相连、且控制两者工作。具体的，控制器300可以控制DLP投影仪100和相机200同步工作。此种情况下，DLP投影仪100每投影一张，与此同时，相机200则拍摄一次，图像处理模块400则可以实时处理相机200拍摄的图片，进而计算出物体的3D深度信息。在优选的方案中，控制器300可以相当于一个联动控制设备，能够控制DLP投影仪100和相机200的同步。控制器300可以通过软件控制，也可以通过硬件电路控制。本领域有多种实现两个设备同时工作的控制方式，在此则不一一列举。具体的，控制器300可以为FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)控制芯片。
本实用新型实施例公开的3D信息检测设备中，控制器300能够控制DLP投影仪100和相机200工作，进而能使得两者形成关联触发的整体，相机200能够及时拍摄DLP投影仪100投射的结构光，并使得拍摄的图像能够被图像处理模块400及时处理。此检测过程由于DLP投影仪100投影的图像能够及时被拍摄，图像处理模块能够及时对相机获取的图像进行处理得到物体的3D深度信息，也就不存在对PC要求较高的问题。
与此同时，本实用新型实施例将DLP投影仪100、相机200和图像处理模块400集成为一体，能够直接通过3D算法给用户提供物体的3D深度信息，这极大地方便了用户的使用，也无需用户做后续进一步的处理。
本实用新型实施例公开的检测设备中，DLP投影仪100采用DLP投影技术，投影一系列经过编码后的图案(由结构光形成)到物体上，然后相机200采集回物体表面有图案的图像，最后图像处理模块400对相机200采集的图像进行解码算法，进而能够精确还原出物体表面的深度信息，再加之相机200本身具备获取图像的二维信息，最终采用结构光技术实现对物体3D信息的测量。本实用新型实施例公开的3D信息检测设备能够被广泛地应用在机器人定位、3D扫描、3D测量等领域中。
采用DLP投影技术可以灵活地实现不同图案的编码，进而能够投射出较高精度的面结构光。DLP投影仪100可以采用格雷码编码格式或正弦码编码格式对结构光进行编码。
DLP投影仪100可以包括DLP驱动装置110和投影光机120，DLP驱动装置110与投影光机120相连、且驱动投影光机120向物体投射经编码后的结构光。DLP驱动装置110与控制器300相连，控制器300能够控制DLP驱动装置110，进而实现投影光机120的投影。投影光机120包括投影镜头，投影镜头可以采用12mm或8mm的镜头，具体的，投影镜头可以实现500mm、1000mm等工作距离的对焦。当然，对焦距离不局限于上述距离。投影光机120可以采用包含TI的数字微镜DMD芯片实现DLP投影。
投影光机120可以包含红、绿、蓝三色LED光源，进而能够使得DLP光源投射不同颜色的结构光，此种情况下，DLP投影仪100可以依据场景不同来提供不同颜色的图案。
一种具体的实施方式中，DLP驱动装置110可以包括FPGA模块，FPGA模块控制生成格雷编码图案，生成的编码图案存在内存中，然后经投影光机120投影出去。
本实用新型实施例公开的相机200中，相机200包括相机主体和镜头，相机200可以为采用130万像素或300万像素的高速面阵CCD图像传感器或CMOS(Complementary MetalOxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器或其他像素的相机，镜头搭配标准FA镜头8mm或12mm焦距或其他焦距镜头。
DLP投影仪100可以包括壳体600，控制器300、DLP驱动装置110、投影光机120和图像处理模块400均可以设置在壳体130中，进而能够方便上述部件的现场安装。优选的方案中，壳体130可以为金属外壳，金属外壳能够起到较好的散热作用，进而能将置于其内部的部件产生的热及时散除。
本实用新型实施例公开的3D信息检测设备还可以包括安装基座500。相机200和DLP投影仪100均可以设置在安装基座500上、且位于DLP投影仪100的一侧。在具体的安装过程中，安装基座500可以先固定在检测现场，进而能为DLP投影仪100和相机200提供安装位。当然，也可以先将DLP投影仪100和相机200安装在安装基座500上，最后将形成的整体在现场实现安装。
优选的方案中，相机200可移动地设置在安装基座500上、且能在靠近或远离DLP投影仪100的方向移动，进而能调整相机200的位置，达到调整拍摄位置的目的。
如上文所述，相机200可以包括相机主体和镜头，相机主体可以与安装基座500相连，相机主体与安装基座500可移动配合。镜头可转动地与相机主体相连，进而能较为灵活地调整相机200的拍摄角度。
本实用新型实施例公开的3D信息检测设备中，相机200的数量可以为两个，两个相机200可以对称布置在DLP投影仪100的两侧。采用两个相机200能够较好地弥补一个相机200存在的视野盲区的问题，进而能提高检测精度。当然，相机200的数量为一个时，也可以检测物体的3D信息。
在相机200为两部时，两部相机200之间的距离可以称之为基线距离，根据三角测量法原理，基线距离越大，在拍摄过程中深度分辨率越高。上述相机200可移动地设置在安装基座500上，进而能较为灵活地调整两部相机200之间的基线距离，达到灵活调节深度分辨率的效果。用户可以依据使用环境来灵活地调整两部相机200之间的基线距离。
为了提高检测效果，优选的方案中，DLP投影仪100的投影镜头的端面与两部相机200的拍摄镜头的端面可以在同一条直线上，投影镜头处于两部相机200的拍摄镜头的中间部位，即两部相机200的拍摄镜头对称布置在投影镜头的两侧。
一种具体的实施方式中，相机200的拍摄镜头的光轴与DLP投影仪100的投影镜头的光轴之间的夹角可以为5-45°。当然，上述具体结构的相机200能够实现拍摄镜头的拍摄方向的调整，能够较为灵活地调整相机200的拍摄镜头的光轴与DLP投影仪100的投影镜头的光轴之间的夹角。
由于相机200的拍摄镜头能够转动，因此能够实现3D信息检测设备在大范围内的3D扫描，进而能扩散检测范围。
本实用新型实施例中，DLP投影仪100的投影镜头可以采用偏轴镜头，如图2所示，偏轴镜头形成的投影面位于其光轴的一侧，采用偏轴镜头可以满足投影影像边缘位置与DLP投影仪100安装位置之间的兼容，但是由于投影出的图像不在投影镜头的主轴上，投影镜头的畸变和成像质量会下降。基于此，优选的方案中，DLP投影仪100的投影镜头可以为零偏轴镜头，如图3所示，此种情况下，零偏轴镜头形成的投影面以零偏轴镜头的光轴对称。零偏轴镜头能够提高投影出的图案的质量，最终能提升检测设备的检测精度，得到物体更为精确的3D信息。
本实用新型上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.3D信息检测设备，其特征在于，包括DLP投影仪(100)、相机(200)、控制器(300)和图像处理模块(400)，所述DLP投影仪(100)用于向物体投射经编码后的结构光，所述相机(200)用于获取被投射有结构光的所述物体的图像，所述图像处理模块(400)与所述相机(200)相连、且用于通过对所述图像处理得到所述物体的3D深度信息，所述控制器(300)与所述DLP投影仪(100)和所述相机(200)均相连、且控制两者工作。
2.根据权利要求1所述的3D信息检测设备，其特征在于，所述DLP投影仪(100)包括DLP驱动装置(110)和投影光机(120)，所述DLP驱动装置(110)与所述投影光机(120)相连、且驱动所述投影光机(120)向物体投射经编码后的所述结构光，所述DLP驱动装置(110)与所述控制器(300)相连。
3.根据权利要求2所述的3D信息检测设备，其特征在于，所述控制器(300)集成于所述DLP驱动装置(110)上。
4.根据权利要求2所述的3D信息检测设备，其特征在于，所述DLP投影仪(100)还包括壳体(600)，所述控制器(300)、所述DLP驱动装置(110)、所述投影光机(120)和所述图像处理模块(400)均设置在所述壳体(600)内。
5.根据权利要求1所述的3D信息检测设备，其特征在于，还包括安装基座(500)，所述相机(200)和所述DLP投影仪(100)均设置在所述安装基座(500)上、且位于所述DLP投影仪(100)的一侧。
6.根据权利要求5所述的3D信息检测设备，其特征在于，所述相机(200)可移动地设置在所述安装基座(500)上、且能在靠近或远离所述DLP投影仪(100)的方向移动。
7.根据权利要求6所述的3D信息检测设备，其特征在于，所述相机(200)包括相机主体和摄像镜头，所述相机主体与所述安装基座(500)可移动配合，所述摄像镜头与所述相机主体转动配合。
8.根据权利要求7所述的3D信息检测设备，其特征在于，所述相机(200)的拍摄镜头的光轴与所述DLP投影仪(100)的投影镜头的光轴之间的夹角为5-45°。
9.根据权利要求5-8中任一项所述的3D信息检测设备，其特征在于，所述相机(200)的数量为两个，两个所述相机(200)对称布置在所述DLP投影仪(100)的两侧。
10.根据权利要求1所述的3D信息检测设备，其特征在于，所述DLP投影仪(100)的投影镜头为零偏轴镜头；或/和，所述图像处理模块(400)为GPU处理器。
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