CN218630380U - 一种彩色线结构光成像系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种彩色线结构光成像系统，包括：白光线激光光源装置，包括第一光源、第二光源、第三光源和波长合束器，所述第一光源、第二光源、第三光源分别用于发射绿光激光光束、蓝光激光光束和红光激光光束，所述波长合束器用于将所述绿光激光光束、蓝光激光光束和红光激光光束合束形成白光激光光束；成像装置，包括收光元件组和彩色成像元件组，所述收光元件组用于接收所述白光激光光束照射待测物体后的反射光束，所述彩色成像元件组用于将所述收光元件组接收的光成像为彩色三维图像。本申请的方案能够获得更加精确的三维彩色图像。

Description

一种彩色线结构光成像系统

技术领域

本实用新型涉及图像技术领域，特别涉及一种彩色线结构光成像系统。

背景技术

在对产品外观信息进行采集时，我们有时需要能测量产品的颜色信息和产品的尺寸或形状等轮廓信息。现有的大部分线结构光轮廓仪输出的三维图像不带有彩色信息，只能输出具有灰阶信息的三维点云图像，所以无法检测出产品的颜色信息。少数彩色线结构光轮廓仪是通过将二维彩色相机拍摄的彩色图像，与不具有灰阶信息的三维点云图融合而成，然而三维图像和二维图像的融合会有点位的融合偏差，会导致最终的图像出现点位错位。

实用新型内容

本公开提供一种彩色线结构光成像系统，以获得更加精确的三维彩色图像。

根据本公开，提供一种彩色线结构光成像系统，包括：

白光线激光光源装置，包括第一光源、第二光源、第三光源和波长合束器，所述第一光源、第二光源、第三光源分别用于发射绿光激光光束、蓝光激光光束和红光激光光束，所述波长合束器用于将所述绿光激光光束、蓝光激光光束和红光激光光束合束形成白光激光光束；

成像装置，包括收光元件组和彩色成像元件组，所述收光元件组用于接收所述白光激光光束照射待测物体后的反射光束，所述彩色成像元件组用于将所述收光元件组接收的光成像为彩色三维图像。

根据本申请示例实施例，所述彩色成像元件组包括分束棱镜、第一成像元件、第二成像元件和第三成像元件，所述分束棱镜用于将所述收光元件组接收的白光光束分束为蓝光激光光束、绿光激光光束和红光激光光束，所述第一成像元件、第二成像元件和第三成像元件分别用于对所述蓝光激光光束、绿光激光光束和红光激光光束成像为单色的三维图像。

根据本申请示例实施例，所述彩色成像元件组还包括处理单元，所述处理单元用于将所述第一成像元件、第二成像元件和第三成像元件成像的单色的三维图像进行融合，形成为彩色三维图像。

根据本申请示例实施例，所述第一成像元件、第二成像元件和第三成像元件均包括CMOS芯片或CCD芯片。

根据本申请示例实施例，所述第一成像元件、第二成像元件和第三成像元件的规格相同，所述第一成像元件、第二成像元件和第三成像元件的每个像素均一一对应。

根据本申请示例实施例，所述规格包括分辨率、像素尺寸和帧率。

根据本申请示例实施例，所述彩色成像元件组包括依次设置的彩色滤光片和第四成像元件，所述彩色滤光片用于将所述第四成像元件对所述收光元件组接收的光所成像的每个像素都补正获得RGB三色信息。

根据本申请示例实施例，所述彩色滤光片为拜尔滤光片，所述第四成像元件包括CMOS芯片或CCD芯片。

根据本申请示例实施例，所述白光线激光光源装置还包括第一整形光学元件、第二整形光学元件和第三整形光学元件，所述第一整形光学元件、第二整形光学元件和第三整形光学元件分别用于对所述第一光源、第二光源、第三光源发射的绿光激光光束、蓝光激光光束和红光激光光束进行整形，以形成光斑尺寸和发散角一致的光束。

根据本申请示例实施例，所述白光线激光光源装置还包括第四整形光学元件，所述第四整形光学元件用于将所述波长合束器形成的白光激光光束整形成线状光束。

本申请提供的方案可以通过光成像装置直接形成带有颜色信息的三维图像，而且通过光源单次照射，单次接收成像，结构简单紧凑，成本低，操作方便，成像精度高，避免了通过二维图片与三维点云融合造成点位偏差的问题，可以获得更加精确的三维彩色图像。

为能更进一步了解本实用新型的特征及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，但是此说明和附图仅用来说明本实用新型，而非对本实用新型的保护范围作任何的限制。

附图说明

下面结合附图详细说明本公开的实施方式。这里，构成本公开一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解。本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。附图中：

图1示出根据本申请示例实施例的彩色线结构光成像系统结构示意图；

图2示出根据本申请示例实施例的白色线激光光源的结构示意图；

图3示出根据本申请一种示例实施例的成像装置结构示意图；

图4示出根据本申请一种示例实施例的图像处理流程示意图；

图5示出根据本申请另一示例实施例的成像装置的结构示意图。

附图标记列表：

10白光线激光光源装置 130第三光源

110第一光源 140第一整形光学元件

120第二光源 150第二整形光学元件

160第三整形光学元件 230第一成像元件

170波长合束器 240第二成像元件

180第四整形光学元件 250第三成像元件

20成像装置 260第四成像元件

210收光元件组 270拜尔滤光片

220分束棱镜

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本申请将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有这些特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方式、组元、材料、装置等。在这些情况下，将不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

为解决现有的彩色三维线结构光轮廓仪通过三维点云和二维彩色图像融合形成产品外观图像，存在点位偏差的问题，本申请通过RGB三色线激光形成白激光照射产品，在后端通过彩色接收系统接收反射光信息，可以直接形成带有颜色信息的三维图像。

如图1所示是本实施例的总体结构图。

根据本申请的实施方式，彩色线结构光成像系统，主要包括白光线激光光源装置10和成像装置20。

白光线激光光源装置10发射白色线状光斑，入射到待测物体上，待测物体对光进行漫反射，部分漫反射光由成像装置20接收，分别对RGB三色分量的颜色进行三维点云的成像，最后三幅具有灰阶信息的三维图像合并为一副彩色图像，该图像既包含产品的轮廓信息，又包含产品的颜色信息。

白光线激光光源装置10，主要包括第一光源110、第二光源120、第三光源130和波长合束器140，第一光源、第二光源、第三光源分别用于发射绿光激光光束、蓝光激光光束和红光激光光束，波长合束器用于将绿光激光光束、蓝光激光光束和红光激光光束合束形成白光激光光束。

成像装置20，主要包括收光元件组210和彩色成像元件组，收光元件组210用于接收白光激光光束照射待测物体后的反射光束，彩色成像元件组用于将收光元件组接收的光成像为彩色三维图像。

如图2所示是一实施方式的白色线激光光源的具体结构图。

根据本申请的一种实施方式，白色的激光光束可由第一光源110、第二光源120和第三光源130所发射激光光束合束而成，其中第一光源110所发射光束为绿光激光光束1，第二光源120所发射光束为蓝光激光光束2，第三光源130所发射光束为红光激光光束3。

根据本申请示例实施例，白光线激光光源装置10还包括第一整形光学元件140、第二整形光学元件150和第三整形光学元件160，第一整形光学元件140、第二整形光学元件150和第三整形光学元件160分别用于对第一光源110、第二光源120、第三光源130发射的绿光激光光束、蓝光激光光束和红光激光光束进行整形，以形成光斑尺寸和发散角一致的光束。

根据本申请的一种实施方式，第一光源110、第二光源120和第三光源130均为激光器，通常可为半导体激光器，三个光源的光线分别同时由第一整形光学元件140、第二整形光学元件150和第三整形光学元件160进行整形，形成光斑尺寸和发散角一致的光束。

根据本申请的一种实施方式，第一光源110的中心波长为510nm-530nm，具体实施例比如520nm左右，第二光源120的中心波长为435nm-455nm，具体实施例比如455nm左右，第三光源130的中心波长为625nm-645nm，具体实施例比如635nm左右，被整形后的三束光由一个波长合束器170合束形成白光光束4，该白光光束4用于照射待测物体。

波长合束器170用于用于红绿蓝波长的合束，可采用现有技术实现，此处不再赘述。

根据本申请示例实施例，白光线激光光源装置10还包括第四整形光学元件180，第四整形光学元件180用于将波长合束器140形成的白光激光光束整形成线状光束。

根据本申请的一种实施方式，白光光束4通过第四整形光学元件180整形成线状光束5，其入射到待测物体上为白色线状光斑。

在一些实施方式中，第一整形光学元件140、第二整形光学元件150和第三整形光学元件160和第四整形光学元件180均用于光束的整形，也可采用现有技术实现，此处不再赘述。

如图3所示是图1中一种实施方式的成像装置20的具体结构图。

由待测物体反射的光束由收光元件组210接收，并耦合到分束棱镜220中，分束棱镜220对白光光束进行分束，分为光束6、光束7和光束8，其中光束6为蓝光激光光束，光束7为绿光激光光束，光束8为红光激光光束。光束6入射到第一成像元件230中，光束7入射到第二成像元件240中，光束8入射到第三成像元件250中，分别成像为单色的三维图像。

收光元件组210可包括球面和/或非球面镜片，用于光束的接收。

根据本申请的一种实施方式，第一成像元件230、第二成像元件240和第三成像元件250均可包括CMOS芯片或CCD芯片，三者的规格可相同也可不同，规格包括分辨率、像素尺寸、帧率等，三者的每个像素可一一对应。

如图4所示是上述实施例的图像处理流程。

根据本申请的一种实施方式，彩色成像元件组还包括处理单元，处理单元用于将第一成像元件230、第二成像元件240和第三成像元件250成像的单色的三维图像进行融合，形成为彩色三维图像。

处理单元具体用于图像点云处理和图像合成，可采用现有技术实现，此处不再赘述。

第一成像元件230、第二成像元件240和第三成像元件250同时采集到图像后，输入到处理单元中进行数据处理，形成带有灰度信息的三维图像，之后再进行图像融合的处理，结合第一光源110、第二光源120和第三光源130的亮度信息，把原来是三幅带有灰度信息的三维点云图融合成彩色的三维图像。

根据本申请的另一实施方式，成像装置20不同于上述实施例，成像装置20采用伪彩色的成像方式，如图5是本实施例成像装置的示意图。

根据本申请示例实施例，彩色成像元件组包括依次设置的彩色滤光片如拜尔滤光片270，及第四成像元件260，拜尔滤光片270用于将第四成像元件260对收光元件组210接收的光所成像的每个像素都补正获得RGB三色信息。

根据本申请示例实施例，第四成像元件260为单色CMOS芯片，在第四成像元件260前面放置拜尔滤光片270，拜尔滤光片270的一个像素单元由RGB三个子像素单元组成。拜尔滤光片270的每个子像素与第四成像元件260的CMOS芯片的每个像素都一一对应。通过伪彩色图像算法，可以使得CMOS芯片上每个像素都补正获得RGB三色信息。由此，即可得到待测物体的彩色三维图像。

彩色滤光片可以对光过滤，形成RGB三幅图像，此可采用现有技术实现，此处不再赘述。

本申请提供的方案可以通过光成像装置直接形成带有颜色信息的三维图像，而且通过光源单次照射，单次接收成像，结构简单紧凑，成本低，操作方便，成像精度高，避免了通过二维图片与三维点云融合造成点位偏差的问题。

最后应说明的是：以上所述仅为本公开的示例实施例而已，并不用于限制本公开，尽管参照前述实施例对本公开进行详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种彩色线结构光成像系统，其特征在于，包括：

白光线激光光源装置，包括第一光源、第二光源、第三光源和波长合束器，所述第一光源、第二光源、第三光源分别用于发射绿光激光光束、蓝光激光光束和红光激光光束，所述波长合束器用于将所述绿光激光光束、蓝光激光光束和红光激光光束合束形成白光激光光束；

成像装置，包括收光元件组和彩色成像元件组，所述收光元件组用于接收所述白光激光光束照射待测物体后的反射光束，所述彩色成像元件组用于将所述收光元件组接收的光成像为彩色三维图像。

2.如权利要求1所述的彩色线结构光成像系统，其特征在于，所述彩色成像元件组包括分束棱镜、第一成像元件、第二成像元件和第三成像元件，所述分束棱镜用于将所述收光元件组接收的白光光束分束为蓝光激光光束、绿光激光光束和红光激光光束，所述第一成像元件、第二成像元件和第三成像元件分别用于对所述蓝光激光光束、绿光激光光束和红光激光光束成像为单色的三维图像。

3.如权利要求2所述的彩色线结构光成像系统，其特征在于，所述彩色成像元件组还包括处理单元，所述处理单元用于将所述第一成像元件、第二成像元件和第三成像元件成像的单色的三维图像进行融合，形成为彩色三维图像。

4.如权利要求2或3所述的彩色线结构光成像系统，其特征在于，所述第一成像元件、第二成像元件和第三成像元件均包括CMOS芯片或CCD芯片。

5.如权利要求3所述的彩色线结构光成像系统，其特征在于，所述第一成像元件、第二成像元件和第三成像元件的规格相同，所述第一成像元件、第二成像元件和第三成像元件的每个像素均一一对应。

6.如权利要求5所述的彩色线结构光成像系统，其特征在于，所述规格包括分辨率、像素尺寸和帧率。

7.如权利要求1所述的彩色线结构光成像系统，其特征在于，所述彩色成像元件组包括依次设置的彩色滤光片和第四成像元件，所述彩色滤光片用于将所述第四成像元件对所述收光元件组接收的光所成像的每个像素都补正获得RGB三色信息。

8.如权利要求7所述的彩色线结构光成像系统，其特征在于，所述彩色滤光片为拜尔滤光片，所述第四成像元件包括CMOS芯片或CCD芯片。

9.如权利要求1至3或5至8任一项所述的彩色线结构光成像系统，其特征在于，所述白光线激光光源装置还包括第一整形光学元件、第二整形光学元件和第三整形光学元件，所述第一整形光学元件、第二整形光学元件和第三整形光学元件分别用于对所述第一光源、第二光源、第三光源发射的绿光激光光束、蓝光激光光束和红光激光光束进行整形，以形成光斑尺寸和发散角一致的光束。

10.如权利要求1至3或5至8任一项所述的彩色线结构光成像系统，其特征在于，所述白光线激光光源装置还包括第四整形光学元件，所述第四整形光学元件用于将所述波长合束器形成的白光激光光束整形成线状光束。

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