CN208887565U - 一种非接触式高精度的三维测量系统 - Google Patents

Abstract

一种非接触式高精度的三维测量系统，其包括投影装置、图像采集装置、运算处理装置和控制器。一方面，系统能够实现非接触的三维测量效果，可避免出现划伤待检测物体的情形；第二方面，由于投影和取像的过程可以连续进行并保持较高的执行速度，使得本系统适合对大规模的产品生产过程进行实时在线检测，利于提高生产效率和质量；第三方面，根据运算处理装置和控制器能够快速地得到待检测物体的高度图像，利于根据高度图像得到测量精度更高的三维信息；此外，本系统所构成的硬件结构具有简单且易实现的优点，利于降低系统的应用成本，为用户带来实用价值。

Description

一种非接触式高精度的三维测量系统

技术领域

本发明涉及三维测量领域，具体涉及一种非接触式高精度的三维测量系统。

背景技术

随着精密加工、模具设计等领域的快速发展，以及3D打印技术的问世和消费电子产品的便携化而带来的零部件微型化发展趋势，传统的二维测量技术已不能满足日趋智能化、微型化、复杂化的生产要求，从而使得三维测量技术应运而生。三维信息由于比二维信息多了一维的深度信息，其对姿态、光照等变化不太敏感，受这类因素的影响较小，使三维测量过程中物体识别的鲁棒性大大地得到提高。

目前，主要借助接触式三坐标测量机来采集物体或场景的三维信息，其特点是测量精度高，对被测物体的色泽无特殊要求，但其在实际应用中还存在测量速度慢、操作繁琐、无法检测软物体等缺陷，使得其应用行业受到限制；利用接触式三坐标测量机测量物体时，需要测头与被测物体接触，接触时产生的压力会使柔软物体的表面产生形变，甚至产生划伤，此类情况将损坏产品的表面外观，导致产品无法销售。

鉴于接触式三维测量的局限性，技术人员已设法进行非接触式三维测量的研究，其中，基于计算机、光电子技术、信息处理的光学三维测量技术因测量速度快、非接触、高精度等优点得到了技术人员的青睐。但是现阶段，往往采用激光测量法来实现非接触式测量，具体为：投射一个激光面片到被测物体表面，在物体表面形成一条线状的条纹，每次可以测量一条线，这就形成了激光线结构光的扫描测量形式；该激光测量方法的缺点是需要待测量物体移动或者激光传感器移动，不能准确地获取Y方向的三维信息，并且，物体移动或逐行扫描都会拖慢测量速度，也不利于高精度的测量效果。

发明内容

本发明主要解决的技术问题如何克服现有三维测量设备测量速度慢、精确度低的缺陷。为解决上述技术问题，本申请提供了一种非接触式高精度的三维测量系统，包括：

至少一个投影装置，用于向待检测物体投射预设的条纹图像，并在投射条纹图像的同时发射触发信号；

图像采集装置，分别与所述投影装置连接，用于接收所述投影装置的触发信号以启动对所述待检测物体进行取像，来获取所述条纹图像在待检测物体上投射形成的测量图像；

运算处理装置，与所述图像采集装置连接，用于获取所述测量图像以处理得到待检测物体的高度图像；

控制器，与所述运算处理装置连接，用于获取所述高度图像以处理得到待检测物体的三维信息。

所述三维测量系统还包括传感器控制装置，与所述投影装置连接，用于生成条纹图像并发送给所述投影装置进行条纹图像的投射。

所述运算处理装置包括三维重建运算单元和滤波处理单元；所述三维重建单元用于根据所述测量图像对所述待检测物体进行三维重建，得到所述待检测物体的高度图像；所述滤波处理单元用于对所述高度图像进行振动补正、去除凸起状干扰、无效像素控制、设置X/Y向参数的滤波处理方法中的一者或多者，以得到滤波后的高度图像。

所述三维测量系统还包括存储器，所述存储器与运算处理装置连接，用于将所述测量图像和所述高度图像进行存储。

所述三维测量系统还包括通信装置，所述通信装置与所述控制器以及所述存储器连接，用于控制所述控制器和所述存储器之间的信息传输。

所述投影装置的数量有两个，分别向所述待检测物体投射预设的条纹图像；所述条纹图像包括相移图像和/或格雷码图像。

所述三维测量系统包括传感器控制装置，用于控制两个投影装置交替进行投影。

所述控制器包括测量设置单元和三维测量单元；所述测量设置单元用于设置并生成所述投影装置和所述图像采集装置的工作参数；所述三维测量单元用于获得所述高度图像上任意区域对应的三维信息，所述三维信息包括高度差、平面度、表面积、体积、距离、宽度、深度中的一者或多者。

所述三维测量系统还包括传感器控制装置，用于接收并根据测量设置单元的工作参数来控制所述投影装置和所述图像采集装置的工作。

所述三维测量系统还包括显示装置，所述显示装置与所述控制器连接，用于对所述测量图像、所述高度图像和/或所述三维信息进行显示。

本申请的有益效果是：

依据上述实施例的一种非接触式高精度的三维测量系统，其包括投影装置、图像采集装置、运算处理装置和控制器。一方面，由于系统采用了投影-取像-运算的测量模式，实现了非接触的三维测量过程，避免了接触测量时容易划伤产品的缺陷；第二方面，由于投影和取像的过程可以连续进行并保持较高的执行速度，相较于现有的激光三维测量技术具有更快的测量速率，适合对大规模的产品生产过程进行实时在线检测，特别适用于工业流水线上的产品检测过程，利于及时发现不合格品以进行返修或者停止下道工序，提高生产效率和质量；第三方面，采用的运算处理装置能够根据投射在待检测物体上的条纹图像处理得到待检测物体的高度图像，测量过程中只需获取待检测物体在一个面或多个面上的测量图像即可，无需对待检测物体进行移动，可方便地获取待检测物体在X-Y-Z方向上的形状信息；第四方面，根据待检测物体的高度图像可快速地得到待检测物体的三维信息，还能够将三维信息转化为二维平面上的长度、距离等二维信息，使得该系统的三维测量结果更加准确、有效；第五方面，由于系统还包括传感器控制装置和测量设置单元，使得投影装置和图像采集装置的参数可以方便地被设置，利于本系统应用于各种测量环境中，利于提高测量图像的质量，利于根据场景设置投影单元使能以实现高度数据异常点的剔除和拼，从而提高三维测量精度；第六方面，本系统采用通信装置将控制器与运算处理装置进行隔离，利于控制器和运算处理装置分别实现各自的功能，从而利于提高三维测量的效率和速度，充分发挥各部分硬件的性能优势；第七方面，相较于传统的三维坐标测量仪，本系统无需对待检测物体进行循环扫描，摒弃了复杂的装置结构，仅仅依靠投影装置-图像采集装置就可以实现深度信息的采集过程，提高测量速度的同时使得硬件结构更加简单，利于降低系统的应用成本，为用户带来实用价值。

附图说明

图1为一种实施例的三维测量装置的整体结构图；

图2为一种实施例的三维测量装置的详细结构图；

图3为另一种实施例的三维测量装置的详细结构图；

图4为一种实施例的三维测量方法的流程图；

图5为相移图像的示意图；

图6为格雷码图像的示意图；

图7为相移图像和格雷码图像的结合比较图；

图8为格雷码图像投影时测量图像的示意图；

图9为投影取像的几何关系示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

本申请的发明构思在于，利用条纹图像所表示的照明结构光照射被检测物体，使得待检测物体的表面增加结构光对应的一维信息，使得拍摄的二维图像上能够对待检测物体表面的深度区域进行表示，从而使得测量图像相对原始光线结构发生变化，将这种结构变化换算成深度信息就可获得待检测物体的三维结构及对应的三维信息。

请参考图1，本申请公开一种非接触式高精度的三维测量系统1，其包括至少一个投影装置11、图像采集装置12、运算处理装置13和控制器14，下面分别说明。

投影装置11至少有一个，投影装置11与控制器14连接，还与图像采集装置12连接，如果投影装置11有多个，则投影装置11中每个都分别与控制器14连接，每个也都分别与图像采集装置12连接。投影装置11用于向待检测物体(例如图中所示的待检测物体D1)投射预设的条纹图像，并在投射条纹图像的同时向图像采集装置12发射触发信号。在一个实施例中，条纹图像由用户进行预设并通过控制器14传输至投影单元11进行投射，这里的条纹图像包括相移图像和/或格雷码图像。

需要说明的是，相移图像可参考图5，图中由四幅相移图像，它们在投影时相对发生相位偏移，每幅相移图像均有均匀分布的亮暗条纹组成，每个亮条纹或者暗条纹在灰度值渐变过程中都符合正弦变化规律，可认为最亮处的灰度值为255，最暗处的灰度值为0。格雷码图像可参考图6，图中共有四幅格雷码图像，它们的条纹宽度存在差异，每幅格雷码图像均有均匀分布的亮暗条纹，亮条纹和暗条纹之间不存在灰度渐变，即亮条纹的灰度值为255，暗条纹的灰度值为0。

需要说明的是，投影装置11可采用可编程数字投影仪，由DMD模块或者LCOS模块进行投影，其能够将数字形式的条纹图像投射至待检测物体D1的表面。投影装置11的数量应当根据实际需求而定，如果仅需要对待检测物体D1的上下前后左右中的一个表面进行测量，则在测量空间内设置一个投影装置11对该表面进行投射即可，若要对待检测物体D1的多个表面进行测量，则在测量空间内设置相应数量的投影装置，优选地，投影装置的数量应当以投影区域可覆盖待测表面为准，在本实施例中，采用两个投影装置11对待检测物体D1进行投射以获得较好地投射效果。例如，图8中采用格雷码图像对待检测物体进行投影的效果。

图像采集装置12与投影装置11连接，用于接收投影装置11的触发信号以启动对待检测物体D1进行取像，来获取条纹图像在待检测物体D1上投射形成的测量图像。当投影装置11数量为多个时，则图像采集装置12分别与每个投影装置11连接，用于接收每个投影装置11的触发信号以启动对待检测物体D1进行取像，来获取条纹图像在待检测物体D1上投射形成的测量图像。在一实施例中，图像采集装置12可采用数字相机，具体采用CCD类型或者CMOS类型的具有高分辨率图像的工业相机，在测量空间中，图像采集装置12的入射光线和投影装置11的出射光线应当存在一定的偏差角度，以使得图像采集装置12能够拍摄到条纹图像在待检测物体表面的形变样式。需要说明的是，图像采集装置12往往采集的是彩色图像，为便于运算处理装置13进行后续的处理工作，图像采集装置12可将彩色图像转换为灰度图像，然后将灰度图像作为测量图像以进行输出。

运算处理装置13与图像采集装置12连接，用于获取测量图像以处理得到待检测物体D1的高度图像。运算处理装置13对测量图像进行处理得到待检测物体D1的高度图像，可以采用现有的技术手段，也可以采用未来出现的技术手段，只要可以达到通过待检测物体D1的测量图像来得到待检测物体D1的高度图像的功能即可。在一实施例中，见图2，运算处理装置13可以包括三维重建运算单元131和滤波处理单元132。

三维重建单元131从图像采集装置12获取测量图像并用于根据该测量图像对待检测物体D1进行三维重建，得到待检测物体D1的高度图像。三维重建单元131根据待检测物体D1的测量图像对待检测物体D1进行三维重建以得到待检测物体D1的高度图像，可以采用现有的三维重建技术，也可以采用未来出现的三维重建技术，在此不进行限定。

滤波处理单元132从三维重建运算单元131获取高度图像并用于对高度图像进行振动补正、去除凸起状干扰、无效像素控制、设置X/Y向参数的滤波处理方法中的一者或多者，以得到滤波后的高度图像。本领域的技术人员应当理解，滤波处理单元132往往是图像预处理过程中的不可或缺的功能单元，其能够尽量保留图像细节特征的条件下对目标图像的噪声进行抑制，利于增强后续图像处理和分析的有效性、可靠性，这里所列举的滤波方法是对高度图像处理的有效手段，但实际应用中包括但不局限于该些方法，还可以包括对比度调整、拉伸、膨胀、腐蚀、锐化、二值化等方法。滤波处理单元132可以采用现有的滤波硬件或滤波算法来达到上述的滤波功能，也可以采用未来出的滤波硬件或滤波算法来达到上述的滤波功能。

控制器14与运算处理装置13连接，用于获取高度图像以处理得到待检测物体D1的三维信息。在一实施例中，见图2，控制器14包括测量设置单141和三维测量单元142；测量设置单元141用于设置并生成投影装置11和图像采集装置12的工作参数；三维测量单元142用于获得高度图像上任意区域对应的三维信息，这里的三维信息包括高度差、平面度、表面积、体积、距离、宽度、深度中的一者或多者。需要说明的是，控制器14可为CPU、逻辑控制器、数字电路等元器件。控制器14处理高度图像来获取三维信息，可以采用现有的技术手段，也可以采用未来出现的技术手段，在此不进行限定。

运算处理装置13和控制器14分别用于实现测量图像处理和高度图像处理的过程，一个具体实现的例子可以参考下文的方法实施例。

进一步地，见图2，三维测量系统1还包括存储器16，存储器16与运算处理装置连接，用于将测量图像和高度图像进行存储，以便于控制器14随时读取测量图像和高度图像。

进一步地，为便于实现对投影装置11和图像测量装置12的控制过程以及减轻控制器14的工作开销，三维测量系统1还包括传感器控制装置15，详见图2。传感器控制装置15与投影装置11和控制器14中的测量设置单元141连接，其用于生成条纹图像并发送给投影装置11进行条纹图像的投射。在一个实施例中，测量设置单元141根据用户的指示生成设置指令(包括投影亮度、投射角度、投射频率、曝光度、投影区域大小、图像相移量等类型的设置指令)至传感器控制装置15，传感器控制装置15根据该些设置指令控制投影装置11进行工作。

在一个具体实施例中，传感器控制装置15将用户预设的条纹图像传输至一个投影装置11中进行投影，若条纹图像包括相移图像和格雷码图像，则控制已选择的投影装置以交替投影的方式分别投射相移图像和格雷码图像。需要说明的是，该具体实施例中的技术方案具有结构简单的优点，但其比较适用于待检测物体D1的表面无遮挡、无反光的情况，可使得单一投影装置在单一角度投射得到的测量图像具备清晰、完整的取像效果。

在另一个具体实施例中，传感器控制装置15将用户预设的条纹图像分别传输至两个投影装置以进行投影，两个投影装置将预设的条纹图像分别投射至待检测物体的表面同一区域，从不同方向对同一区域进行投影，可避免待检测物体D1的凸凹不平表面所因起的投射遮挡或投射反光情形，实现在待检测物体的表面进行无遮挡的测量效果；若条纹图像包括相移图像和格雷码图像，则两个投影装置以设置的投影亮度和投射频率分别按照时间顺序投射相移图像和格雷码图像；例如，传感器控制装置15控制投影装置11中的一个装置对相移图像进行投影后触发图像采集装置12进行取像，再对格雷码图像进行投影后触发图像采集装置12进行取像，然后传感器控制装置15控制投影装置11中的另一个装置对格雷码图像进行投影后触发图像采集装置12进行取像，在对格雷码图像进行投影后触发图像采集装置12进行取像，如此循环控制两个投影装置。需要说明的是，传感器控制装置15以预设频率和预设亮度控制已选择的投影装置11投射条纹图像之后，改变条纹图像(包括相移图像或格雷码图像)的相位，使得条纹图像的各个条纹在下一次投射时产生预定方向上的空间移动。需要说明的是，采用图1所述的两个投影装置11对待检测物体进行D1进行投影时，图像采集装置12分别采集两个投影装置所投射的测量图像，运算处理装置13中的三维测量单元131能够对分别采集的测量图像进行图像质量优化处理，从各个测量图像中选择图像质量较好的区域，从而消除测量图像中的反光区域和遮挡区域，利于三维测量单元131对无反光、无遮挡的测量图像进行三维重建的处理工作。

进一步地，见图3，三维测量系统1还包括通信装置17，通信装置17与控制器14、存储器16以及传感器控制装置15连接，用于控制存储器16和控制器14之间的信息传输以及控制传感器控制装置15和控制器14之间的信息传输。在一具体实施例中，通信装置17采用RS232的通信协议或者USB通信协议，可按照协议格式将运算处理单元13处理得到的测量图像和高度图像发送至控制器14中的三维测量装置142，也可按照协议格式将测量设置单元141生成的设置指令发送至传感器控制装置15。

进一步地，三维测量系统1还包括显示装置18，显示装置18与控制器14连接，用于对测量图像、高度图像和/或三维信息进行显示。这里的显示装置18可以是任意类型的显示器，优选地，采用触摸功能的显示器，方便用户和控制器14之间进行互动操作。

相应地，本申请还公开一种非接触式高精度的三维测量方法，其应用于上文实施例中的三维测量装置1，请参考图4，该三维测量方法包括步骤S210-S270，下面将结合图3对该三维测量方法进行说明。

步骤S210，控制器14中的测量设置单元141根据用户的操作获得预设条纹图像，条纹图像包括相移图像和/或格雷码图像，测量设置单元141通过通信装置17将条纹图像以及投影时的设置指令发送至传感器控制装置15。

步骤S220，传感器控制装置15以预设频率和预设亮度控制一个投影装置11向待检测物体D1投射相移图像和格雷码图像，并以预设频率和预设亮度控制另一个投影装置11向待检测物体D1投射相移图像和格雷码图像。此过程中，传感器控制装置15应当控制两个投影装置11进行图像的交替投射，并保持较高的投影频率，优选地以匹配于取像频率为准。

步骤S230，在一个投影装置11投射相移图像之后，触发图像采集装置12对待检测物体D1进行取像以获得相移图像对应的测量图像，或者，在该投影装置投射格雷码图像之后，触发图像采集装置12对待检测无图D1进行取像以获得格雷码图像对应的测量图像；在另一个投影装置11投射相移图像之后，触发图像采集装置12对待检测物体D1进行取像以获得相移图像对应的测量图像，或者，在该投影装置投射格雷码图像之后，触发图像采集装置12对待检测无图D1进行取像以获得格雷码图像对应的测量图像。需要说明的是，每次投射相移图像或格雷码图像之后，传感器控制单元15改变相移图像或者格雷码图像的相位，使得图像的各个条纹在下一次投射时产生预定方向上的空间移动。

步骤S240，可称为高度图像获取步骤，三维重建运算单元131从图像采集装置12分别获得相移图像对应的测量图像和格雷码图像对应的测量图像，处理得到高度图像。见图4，该步骤S240具体包括步骤S241和S242，具体说明如下。

步骤S241，三维重建运算单元131从图像采集装置12分别获得多幅相移图像对应的测量图像，具体数量以相移图像在一个相移周期内取像数量为准，三维重建运算单元131获得每一幅测量图像上每一个像素点的相位信息。

步骤S242，三维重建运算单元131从图像采集装置12分别获得多幅格雷码图像对应的测量图像，具体数量以图像行像素的对数或图像列像素的对数为准，三维重建运算单元131获得每一幅测量图像上每一个像素点的空间编码信息。

步骤S250，三维重建运算单元131根据预设的相位-高度关系对步骤S240中获取的测量图像进行处理计算得到待检测物体D1的三维坐标信息，根据待检测物体D1的三维坐标信息对待检测物体D1进行三维重建，从而得到待检测物体D1的高度图像。在一具体实施例中，三维测量单元131对各个测量图像进行图像质量优化处理，从各个测量图像中选择图像质量较好的区域，从而消除测量图像中的反光区域和遮挡区域。在一具体实施例中，三维重建运算单元131根据各个测量图像中每个像素点的相位信息和空间编码信息对该像素点进行解相位处理，得到该像素点处的深度信息，整合各个测量图像中各像素点的深度信息得到待检测物体D1的三维坐标信息，从而生成包含有待检测物体D1的三维坐标信息的高度图像。下面通过一实施例说明高度图像的构建过程：

需要得到各像素点处的深度信息时，需要根据相移测量图像中的相位信息和格雷码测量图像中的空间编码信息对各像素点进行解相位处理，通常采用相移法来获得相位值，这里采用N步相移法求解。假如所投射的相移图像的投影光强是标准余弦分布，则相移图像每次移动2π/N的相位，产生一个新的光强函数I_n(x,y)，平移N-1次，获得N幅相移图像的测量图像。由于，四步相移法具有能消除检测器的非线性影响，因此这里采用四步相移法对相移图像进行处理，将投射的相移图像每次平移π/2，平移三次，可见图5所示的相移图像。那么四部相移分别表示为：

其中，I_i(i＝1,2,3,4)为第i幅相移图像的条纹灰度值，I′(x,y)为条纹光强的背景值，I″(x,y)为调制光强值，为所求的相位值。进而可得：

通过相移法计算出的相位只是相位的主值，含有一个反正切函数，其值域为[-π,π]，相位不连续。针对这个问题，可知由相移法公式得到的相位与真实值之间还有2kπ的差异。为此，必须求出k，才能将相位的主值恢复到真正的绝对相位。面结构光技术能否成功的关键是解相位，因此完整的相位值即绝对相位公式应为：

式中，k(x,y)为整数，表示像素点(x,y)对应的2π的整数倍，则知解相位的关键就是确定解码周期k(x,y)；k(x,y)表示像素点(x,y)所处的光栅条纹图案的周期次数，即是像素点(x,y)到底属于光栅条纹场中的哪条条纹。

采用格雷码图像可对待检测物体进行分级标识，划分的每一级对应一个离散值，即每一级内所有的测量点都具有相同的格雷码值。对于物体高精度三维测量，一般采用相移法。对每一级条纹用相移图案分别进行相位测量，就可以计算出每个被测点的相位，相位是连续唯一的。因此格雷编码与相移法结合的组合编码方法在理论上精度能够达到无限划分，获得绝对相位。投射的格雷编码光栅图案和相移光栅图案必须满足如下关系:格雷码图案的最小栅距应为相移光栅图案相移量的4倍，并且应当满足格雷编码周期与相移周期变化相一致，从而有效的提高了三维测量质量，具体可见图7所示的格雷码图像与相移图图像结合对应的图像。

为了实现解相位，就需要对格雷码图案进行二值化处理，应使得二值化后的格雷码图像的周期与相移周期变化保持一致。将格雷码图像对应的测量图像与相移图像对应的测量图像进行结合，就可获得测量图像的绝对相位。

获得绝对相位之后，就可根据投影取像的几何关系得到任一像素点的相位和坐标。见图9中投影取像的几何关系，用物点P(大写字母P标识)表示待检测物体D1上的一像素点，用坐标(X,Y,Z)表示物点P在参考坐标系Ω_W中的位置，用坐标(X_c,Y_c,Z_c)表示物点P在投影装置坐标系Ω_c中的位置，用O_c表示图像采集装置12的取像中心的位置，用O_p表示一个投影装置11的投影中心的位置，用O表示参考面OXY上的原点，用p表示物点P在成像面上上的成像位置。那么可得关系

式中，[R_W,T_W]描述了一个投影装置坐标系Ω_c和参考坐标系Ω_W之间的旋转和平移关系；其中，R_W为单位正交旋转矩阵，T_W为平移矩阵，矩阵中，r_w为矩阵R_W的表示参数，t为T_W的表示参数。

通过图9可知，P′为物点P在OXY平面上的投影，P″、D″分别是P′、D在OXY平面的X轴上的投影，则OP″、P′P分别是P点在OXYZ坐标系中X坐标和Z坐标上的投影，根据三角形相似关系可知

式中，OO_p可用OO_p＝l表示。由于D″是D在OXY平面的X轴上的投影，而OXY平面的Y轴平行于光栅方向，故D″的相位等于D的相位值，也等于物点P的相位θ，则物点P的相位θ满足公式

式中，θ_o为原点O的相位，λ₀为光栅节距，因此可得

进一步可得

公式中，a₁～a₈分别为过程参量，满足于以下公式中的关系

本领域的技术人员应当理解，通过公式(2-1)至(2-6)可得待检测物体D1上任一像素点(即物点P)的坐标和相位，那么，可按照该方法得到待检测物体D1上所有像素点的坐标和相位，从而可构建待检测物体D1的高度图像。

需要说明的是，为保证高度图像的图像质量，还需采用滤波处理单元132对高度图像进行振动补正、去除凸起状干扰、无效像素控制、设置X/Y向参数的滤波处理方法中的一者或多者，从而获得滤波处理后的高度图像。此外，运算处理单元13将包括待检测物体D1的测量图像以及待检测物体D1的高度图像存储指存储器16中，该存储器16可采用大容量存储器件，可存储每个待检测物体对应的测量图像和高度图像，以方便控制器15随时调用当前或者以往的处理数据。

步骤S260，控制器14通过通信装置17从存储器16读取处理数据，从而获取待检测物体D1的高度图像，对高度图像进行处理得到三维信息。具体过程为：

(1)控制器14获取用户在高度图像上的选定区域；

(2)控制器14对选定区域内的各像素点的三维坐标信息进行比较，得到选定区域对应的三维信息，这里的三维信息包括高度差、平面度、表面积、体积中的一者或多者。

(3)控制器14将高度图像映射为灰度图，优选地映射为8位灰度图；

(4)控制器14获取用户在灰度图上的两选定点；

(5)控制器14对两选定点的三维坐标信息进行比较，得到两选定点对应的二维信息(可认为二维信息是三维信息的一个表示部分)，这里的二维信息包括距离、二维宽度中的一者或多者。

步骤S270，控制器14控制显示器18对得到的测量图像、高度图像和/或三维信息进行显示，使得用户可通过显示器查看待检测物体D1的三维测量结果。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种非接触式高精度的三维测量系统，其特征在于，包括：

至少一个投影装置，用于向待检测物体投射预设的条纹图像，并在投射条纹图像的同时发射触发信号；

图像采集装置，分别与所述投影装置连接，用于接收所述投影装置的触发信号以启动对所述待检测物体进行取像，来获取所述条纹图像在待检测物体上投射形成的测量图像；

运算处理装置，与所述图像采集装置连接，用于获取所述测量图像以处理得到待检测物体的高度图像；

控制器，与所述运算处理装置连接，用于获取所述高度图像以处理得到待检测物体的三维信息。

2.如权利要求1所述的三维测量系统，其特征在于，还包括传感器控制装置，与所述投影装置连接，用于生成条纹图像并发送给所述投影装置进行条纹图像的投射。

3.如权利要求1所述的三维测量系统，其特征在于，所述运算处理装置包括三维重建运算单元和滤波处理单元；

所述三维重建单元用于根据所述测量图像对所述待检测物体进行三维重建，得到所述待检测物体的高度图像；

所述滤波处理单元用于对所述高度图像进行振动补正、去除凸起状干扰、无效像素控制、设置X/Y向参数的滤波处理方法中的一者或多者，以得到滤波后的高度图像。

4.如权利要求1所述的三维测量系统，其特征在于，还包括存储器，所述存储器与运算处理装置连接，用于将所述测量图像和所述高度图像进行存储。

5.如权利要求4所述的三维测量系统，其特征在于，还包括通信装置，所述通信装置与所述控制器以及所述存储器连接，用于控制所述控制器和所述存储器之间的信息传输。

6.如权利要求1所述的三维测量系统，其特征在于，所述投影装置的数量有两个，分别向所述待检测物体投射预设的条纹图像；所述条纹图像包括相移图像和/或格雷码图像。

7.如权利要求6所述的三维测量系统，其特征在于，还包括传感器控制装置，用于控制两个投影装置交替进行投影。

8.如权利要求1所述的三维测量系统，其特征在于，所述控制器包括测量设置单元和三维测量单元；

所述测量设置单元用于设置并生成所述投影装置和所述图像采集装置的工作参数；

所述三维测量单元用于获得所述高度图像上任意区域对应的三维信息，所述三维信息包括高度差、平面度、表面积、体积、距离、宽度、深度中的一者或多者。

9.如权利要求8所述的三维测量系统，其特征在于，还包括传感器控制装置，用于接收并根据测量设置单元的工作参数来控制所述投影装置和所述图像采集装置的工作。

10.如权利要求1所述的三维测量系统，其特征在于，还包括显示装置，所述显示装置与所述控制器连接，用于对所述测量图像、所述高度图像和/或所述三维信息进行显示。