一种单目双投影三维测量系统

1.本实用新型属于光学测量技术领域，具体地，涉及一种单目双投影三维测量系统。


背景技术：

2.三维测量方向是当前较新且具有较大前景的研究方向，三维测量系统由于其适用性，可应用于生活和工业的各种场合。通过结合其他技术，使原本的技术方法得到一定程度的优化。主动式测量技术是现在三维测量的重要组成部分，由于其非接触性，仅需向物体表面投射图案，就可以方便地获得物体表面的三维信息。
3.结合一些生活和工业场合，例如无人驾驶和洞窟勘测，需要三维测量系统具有较高的实时性，所以实现高速的三维测量是现如今三维测量方向的前景。实现较高精度且高速的三维测量，需要高速地投射和采集图像。受到当前硬件设备的制约，投影设备的投射帧率较低无法实现高速投影。


技术实现要素：

4.实用新型目的：本实用新型的目的是提供了一种单目双投影的三维测量系统，其利用两个投影设备同时投射编码图案，并利用高速工业相机高速采集两个投影设备同时投出的图案，通过两片不同的滤光片自动分离同时投射的图案，而无需进行分离图案的其他操作。
5.技术方案：本实用新型所述的一种单目双投影三维测量系统，包括呈一体化的单目双投影三维测量相机(15)和计算机(16)；
6.所述的单目双投影三维测量相机(15)包括上部的顶部盖板(1)及下部的底部外壳(2)；
7.在所述底部外壳(2)的内部的两侧分别安设有一个投影设备支架(10)，在所述底部外壳(2)的中部、两个投影设备支架(10)之间安设有相邻的电机底座(14)及相机底座(11)。
8.进一步的，在所述其中一个投影设备支架(10)上安设有可见光投影装置(5)，在所述另外一个投影设备支架(10)上安设有红外光投影装置(3)；
9.在所述电机底座(14)上安设有可控电机(7)，在所述可控电机(7)的一端通过有线线路连接有电机散热风扇(8)；
10.在所述相机底座(11)上安设有高速工业相机(9)。
11.进一步的，在所述可控电机(7)的内部安设有电机轴，在所述电机轴的另外一端还分别安设有红外滤光片(12)及可见光滤光片(13)。
12.进一步的，在所述可控电机(7)上、靠近红外滤光片(12)及可见光滤光片(13)的一端安设有拧紧旋盖(6)。
13.进一步的，在所述底部外壳(2)的中部、靠近高速工业相机(9)处开设有螺纹孔，在所述螺纹孔的内部安设有相机镜头(4)。
14.进一步的，所述高速工业相机(9)的采集帧率需大于可见光投影装置(5)和红外光投影装置(3)的投射帧率之和。
15.进一步的，所述使用的相机镜头(4)为普通工业相机定焦镜头。
16.进一步的，所述使用的可控电机(7)的工作转速为高速工业相机(9)的采集帧率的一半以上。
17.有益效果：本实用新型与现有技术相比，本实用新型提出的一种单目双投影三维测量系统，可见光和红外光投影设备同时投影编码图案，通过可控电机带动滤光片，使高速工业相机同时采集到由滤光片自动分离后的两幅图案，提升了三维测量系统的图像采集帧率。目前相机采集帧率高于投影设备帧率，所以投影设备帧率常常成为高速三维测量的限制因素。如果使用的可见光投影设备和红外光投影设备的投影帧率相同，高速工业相机采集帧率设置为它们的帧率之和，那么采集帧率即为使用同投影帧率投影设备的单目单投影系统的两倍。若使用普通的单目双投影系统，同时采集被投射的图案，那么分离图案又是必须进行的操作。若使用普通的单目双投影系统而不同时采集被投射的图案，那么就会降低两台设备投出图案的关联性影响重建的精度。本实用新型通过使用滤光片使得同时投射的图案自动分离被高速相机采集。
附图说明
18.图1是本实用新型的结构示意图；
19.图2是本实用新型打开顶部盖板后的示意图；
20.图3是图2中a，b处的剖视图；
21.图4是本实用新型打开顶部盖板后的c处剖视图；
22.图中，1是顶部盖板，2是底部外壳，3是红外光投影装置，4是相机镜头，5是可见光投影装置，6是拧紧旋盖，7是可控电机，8是电机散热风扇，9是高速工业相机，10是投影设备支架，11是相机底座，12是红外滤光片，13是可见光滤光片，14是电机底座，15是单目双投影三维测量相机，16是计算机。
具体实施方式
23.以下结合附图和具体实施例，对本实用新型做出进一步说明；在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术，但是本技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施的限制。
24.本实用新型所述的一种单目双投影三维测量系统，包括呈一体化的单目双投影三维测量相机15和计算机16；
25.所述的单目双投影三维测量相机15包括上部的顶部盖板1及下部的底部外壳2；
26.在所述底部外壳2的内部的两侧分别安设有一个投影设备支架10，在所述底部外壳2的中部、两个投影设备支架10之间安设有相邻的电机底座14及相机底座11。
27.进一步的，在所述其中一个投影设备支架10上安设有可见光投影装置5，在所述另外一个投影设备支架10上安设有红外光投影装置3；
28.红外光投影装置3通过螺纹孔固定于相机镜头4对准方向的一侧(左侧)投影设备
支架10上方，对物体投射红外光图案；
29.可见光投影装置5螺纹孔固定于相机镜头4对准方向的另外一侧(右侧)投影设备支架10上方，对物体投射可见光图案。
30.在所述电机底座14上安设有可控电机7，在所述可控电机7的一端通过有线线路连接有电机散热风扇8；
31.在所述相机底座11上安设有高速工业相机9；
32.高速工业相机9放置在相机底座14上，朝向与相机镜头4方向共线；如果使用的红外光投影装置3和可见光投影装置5投影帧率相同，则高速工业相机9采集帧率设置为此帧率的两倍，从而同时采集到红外光投影装置3投出的图案和可见光投影装置5投出的图案。
33.进一步的，在所述可控电机7的内部安设有电机轴，在所述电机轴的另外一端还分别安设有红外滤光片12及可见光滤光片13；
34.所述的红外滤光片12及可见光滤光片13安设在电机轴的另外一端，且是靠近相机镜头4的一端，其与所述的电机散热风扇8分设在所述可控电机7的两端；
35.高速工业相机9旁的电机底座14上放置可控电机7，将半圆形的红外滤光片12和可见光滤光片13连接通过拧紧旋盖6安置于可控电机7的轴伸端；
36.可控电机7带动由红外滤光片12和可见光滤光片13组成的圆形滤光片旋转，并挡在高速工业相机9前方合适位置处；可控电机7旋转时，红外滤光片12和可见光滤光片13交替挡在高速工业相机9前方，分离经过物体调制后的红外光投影装置3和可见光投影装置5同时投射的图案，从而被高速工业相机9采集；
37.调节可控电机7转速，与高速工业相机9采集速率同步；当半圆形的红外滤光片12挡住高速工业相机9，且半圆形滤光片的对称轴位于水平位置时，高速工业相机9进行一次采集图像操作，此时采集的为同时投射的图案中被滤光片自动分离的红外光图案；当电机转动半圈，可见光滤光片13挡住高速工业相机9，且位于相同位置，高速工业相机9再次进行采集图像操作，此时采集的为同时投射的图案中被滤光片自动分离的可见光图案；以此循环，提高采集物体调制图像的帧率。
38.进一步的，在所述可控电机7的另一端连接有拧紧旋盖6；所述的拧紧旋盖6安设在靠近红外滤光片12及可见光滤光片13的一端，且是安设在所述红外滤光片12及可见光滤光片13的外端，用于紧固红外滤光片12及可见光滤光片13。
39.进一步的，在所述底部外壳2的中部(前侧)、靠近高速工业相机9处开设有螺纹孔，在所述螺纹孔的内部安设有相机镜头4；此处放置相机镜头4的作用是为高速工业相机9采集图像做准备。
40.进一步的，所述高速工业相机9的采集帧率需大于可见光投影装置5和红外光投影装置3的投射帧率之和。
41.进一步的，所述使用的相机镜头4为普通工业相机定焦镜头。
42.进一步的，所述使用的可控电机7的工作转速为高速工业相机9的采集帧率的一半以上。
43.进一步的，本实用新型中所有设备的连接方式都是通过有线线路连接的。
44.具体的，本实用新型提出一种单目双投影的三维测量系统，该系统包括单目双投影三维测量相机15(顶部盖板1、底部外壳2、红外光投影装置3、相机镜头4、可见光投影装置
5、拧紧旋盖6、可控电机7、电机散热风扇8、高速工业相机9、投影设备支架10、相机底座11、红外滤光片12、可见光滤光片13、电机底座14)、计算机16；其特点是利用滤光片自动分离同时两台投影设备(红外光投影装置3及可见光投影装置5)投射的图案，从而利用高速工业相机9实现图像的高速采集。
45.在高速工业相机9旁放置可控电机7，在电机轴的一端固定安设有可见光滤光片13和红外滤光片12，可见光投影装置5和红外光投影装置3同时投影图案到物体表面，被物体调制的图案经过相机镜头4，再通过由可控电机7带动两块相连的滤光片，自动分离图案后被高速工业相机9采集。
46.电机风扇端安装有电机散热风扇8；可控电机7带动滤光片的同时带动电机散热风扇8吹动气流，通过底部外壳2后方的散热口排出壳内系统工作时的较热气体。
47.将两个投影设备支架10、相机底座11、电机底座14放置在底部外壳2中，便于后续三维测量系统重要组件放置；分别将可见光投影装置5和红外光投影装置3固定在两个投影设备支架10上，将使用的相机镜头4安装在底部外壳2的前部；最后将顶部盖板安装在顶部外壳上，增加三维测量系统的一体化程度。
48.对于单目双投影三维测量系统，测量方法包括以下步骤：
49.(1)、放置被测物体，固定安装好的单目双投影测量系统(单目双投影三维测量相机15)；
50.(2)、调节可控电机7转速，同步高速工业相机9采集图像，每采集一次图像可控电机7转动半圈；
51.(3)、通过计算机16软件编写程序，调用两台投影设备(红外光投影装置3、可见光投影装置5)同时投射图案到物体表面，并同步高速工业相机9的连续采集；
52.(4)、可控电机7转动时带动滤光片，当可见光滤光片挡住高速工业相机时，可见光图案被高速工业相机9采集，转动半圈后当红外滤光片挡住高速工业相机9时，投射的红外光图案被采集；
53.(5)、对采集得到的标定信息和物体表面的深度信息进行处理分析，从而得到重建的物体三维形貌。