CN109470148A - 旋转柱面镜高分辨力立体视觉***与测量方法 - Google Patents

旋转柱面镜高分辨力立体视觉***与测量方法 Download PDF

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李勇
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    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques

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Abstract

旋转柱面镜旋转柱面镜高分辨力立体视觉***与测量方法光学非接触三维测量领域，具体涉及一种利用立体视觉与旋转扫描测量模块联用测量大尺度三维物体形貌、形变、位移等的装置和方法；该***的两个及以上旋转柱面镜高分辨力立体视觉单目测量装置组成，每一个旋转柱面镜高分辨力立体视觉单目测量装置包括激光照明模块、视觉摄像模块、旋转扫描测量模块；该方法首先将待测物体放置在本装置视场范围及清晰成像范围内；其次，利用旋转扫描测量模块通过摄像模块扫描整个物体；利用视觉三维成像原理对采集到的图片进行处理得到高分辨力的物体三维形貌；本发明可以显著提高大尺度视觉***的测量分辨力。

Description

旋转柱面镜高分辨力立体视觉***与测量方法
技术领域
旋转柱面镜高分辨力立体视觉***与方法属于光学非接触三维测量领域。
背景技术
立体视觉是计算机视觉领域的一个重要课题，它的目的在于重构场景的三维几何信息。立体视觉的研究具有重要的应用价值，其应用包括移动机器人的自主导航***，航空及遥感测量，工业自动化***等。目前，立体视觉***的分辨力相对都不高，最先进的立体视觉***的分辨力一般为万分之一的视场大小，也就是针对大视场(米级)进行测量时，***的分辨力为毫米级，但是随着科技的发展，高精度、高分辨力测量越来越受重视，导致目前存在的立体视觉***无法满足日益提高的分辨力要求。
发明内容
本发明公开了旋转柱面镜高分辨力立体视觉***与测量方法，该***与方法通过引入旋转扫描测量模块，使得整个***的等效焦距得到提升，从而提高了整个***的分辨力，针孔的引入本身可以提高信噪比有利于后续的图像处理(配准、特征点定位等等)，场镜的视场一般较大可完全匹配摄像物镜因此不需要附加扫描机构即可实现大视场且旋转柱面镜扫描方式可以降低光路的设计复杂度有利于光路的小型化。
本发明的目的是这样实现的：
旋转柱面镜高分辨力立体视觉***与测量方法，包括：
多个单目测量装置和三维被测样品。
旋转柱面镜高分辨力立体视觉测量装置的单目测量装置，包括激光照明模块、视觉摄像模块、旋转扫描测量模块；
所述的激光照明模块按照照明光传播方向依次为：激光器、PBS、光阑、透镜、场镜I、管镜、1/4玻片、旋转柱面镜、场镜II和摄影镜头。
所述的视觉摄像模块为：摄影镜头、场镜II、旋转柱面镜、1/4玻片、管镜、场镜I、透镜、光阑、PBS、柱面镜II、狭缝和CCD。
所述的旋转扫描测量模为：激光器、PBS、光阑、透镜、场镜I、管镜、1/4玻片、旋转柱面镜、场镜II、旋转柱面镜、1/4玻片、管镜、场镜I、透镜、光阑、PBS、柱面镜II、狭缝和CCD；
所述的激光照明模块中激光器发出激光，准直后形成平行光，经过PBS反射后再经过光阑和透镜后聚焦于场镜I主面位置处，光束经过管镜后形成平行光后经1/4玻片后被旋转柱面镜聚焦于场镜II主面位置，再经摄影镜头聚焦于三维被测样品表面形成聚焦线光斑，所述的聚焦线光斑照射三维被测样品表面的发出反射光；
所述三维被测样品表面发出的反射光依次经过摄影镜头、场镜II、旋转柱面镜、1/4玻片、管镜、场镜I、透镜、光阑、PBS和柱面镜II、狭缝后被CCD收集。
上述的旋转柱面镜高分辨力立体视觉***，所述立体视觉***中在摄像镜头后旋转扫描测量模块用来提高整个***的等效焦距，提高的倍率取决于所选的线扫描放大测量***，从而提高整个立体视觉***的分辨力。
上述的旋转柱面镜高分辨力立体视觉***，所述立体视觉***的成像方式为旋转柱面镜扫描成像，狭缝的引入可以提高收集信号的信噪比。
上述的旋转柱面镜高分辨力立体视觉***，所述立体视觉***场镜的引入可以匹配视场从而无需额外的运动扫描机构即可实现全视场成像。
上述的旋转柱面镜高分辨力立体视觉***，所述立体视觉***为旋转柱面镜线扫描成像，可以提高扫描成像速度同时降低光路复杂度，利于光路小型化。
有益效果：
本发明通过引入旋转扫描测量模块，使得整个***的等效焦距得到提升，从而提高了整个***的分辨力，而且狭缝的引入本身可以提高***的分辨率并且可以提高信噪比有利于后续的图像处理(配准、特征点定位等等)且旋转柱面镜的引入可以提高扫描成像速度同时降低光路复杂度，利于光路小型化。
附图说明
图1是本发明旋转柱面镜高分辨力立体视觉***的单目测量装置结构示意图。
图1中：1三维被测样品、2摄影镜头、3场镜II、4旋转柱面镜、51/4玻片、6管镜、7场镜I、8透镜、9光阑、10PBS、11激光器、12柱面镜II、13狭缝和14CCD。
图2是本发明旋转柱面镜高分辨力立体视觉***的结构示意图。
图2中：15均为旋转柱面镜高分辨力立体视觉***的单目测量装置。
具体实施方式
根据本发明的一具体实施例，提供一种旋转柱面镜高分辨力立体视觉***，用以三维物体高分辨力成像。
请参照图2，图2为本发明旋转柱面镜高分辨力立体视觉***的实施例示意图，图2由至少2个旋转柱面镜高分辨力立体视觉测量单目装置组成，图1为旋转柱面镜高分辨力立体视觉测量单目装置实施例示意图。
旋转柱面镜高分辨力立体视觉***，包括：至少两个单目测量装置；单目测量装置对三维被测物体1进行视觉测量；
单目测量装置，包括激光照明模块、视觉摄像模块、旋转扫描测量模块；
激光照明模块按照照明光传播方向依次为：激光器11、PBS10、光阑9、透镜8、场镜I7、管镜6、1/4玻片5、旋转柱面镜4、场镜II3和摄影镜头2；
视觉摄像模块为：摄影镜头2、场镜II3、旋转柱面镜4、1/4玻片5、管镜6、场镜I7、透镜8、光阑9、PBS10、柱面镜II12、狭缝13和CCD14；
旋转扫描测量模块为：激光器11、PBS10、光阑9、透镜8、场镜I7、管镜6、1/4玻片5、旋转柱面镜4、场镜II3、旋转柱面镜4、1/4玻片5、管镜6、场镜I7、透镜8、光阑9、PBS10、柱面镜II12、狭缝13和CCD14；
激光照明模块中激光器11发出激光，准直后形成平行光，经过PBS10反射后再经过光阑9和透镜8后聚焦于场镜I7主面位置处，光束经过管镜6后形成平行光后经1/4玻片5后被旋转柱面镜4聚焦为线光束于场镜II3主面位置，再经摄影镜头2聚焦于三维被测样品1表面形成聚焦线光斑，的聚焦线光斑照射三维被测样品表面的发出反射光；
三维被测样品1表面发出的反射光依次经过摄影镜头2、场镜II3、旋转柱面镜4、1/4玻片5、管镜6、场镜I7、透镜8、光阑9、PBS10和柱面镜II12、狭缝13后被CCD14收集。
为了进一步优化上述技术方案，还包括线扫描放大测量***；线扫描放大测量***放置于摄像镜头2和场镜II3之间。
立体视觉***中在摄像镜头后加上旋转扫描测量模块用来提高整个***的等效焦距，提高的倍率取决于所选的旋转扫描测量模块，从而提高整个立体视觉***的分辨力。
为了进一步优化上述技术方案，立体视觉***的成像方式为旋转柱面镜扫描成像，狭缝引入可以提高收集信号的信噪比。
为了进一步优化上述技术方案，立体视觉***场镜的引入可以匹配视场从而无需额外的运动扫描机构即可实现全摄像物镜视场成像。
为了进一步优化上述技术方案，立体视觉***为旋转柱面镜线扫描成像，可以提高扫描成像速度同时降低光路复杂度，利于光路小型化。
旋转柱面镜高分辨力立体视觉测量的测量方法，所包括以下步骤：
步骤a、根据具体需求选择使用几个旋转柱面镜高分辨力立体视觉单目测量装置组成旋转柱面镜高分辨力立体视觉***；
步骤b、对每一目测量装置进行单目矫正；
步骤c、对整体立体视觉***进行矫正；
步骤d、将三维被测样品放置在清晰成像处并对三维被测样品进行成像并计算形貌。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化或方法改进，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.旋转柱面镜高分辨力立体视觉***，包括：至少两个单目测量装置(15)；所述单目测量装置(15)对三维被测样品(1)进行视觉测量；
其特征在于，所述单目测量装置，包括激光照明模块、视觉摄像模块、旋转扫描测量模块；
所述的激光照明模块按照照明光传播方向依次为：激光器(11)、PBS(10)、光阑(9)、透镜(8)、场镜I(7)、管镜(6)、1/4玻片(5)、旋转柱面镜(4)、场镜II(3)和摄影镜头(2)；
所述的视觉摄像模块为：摄影镜头(2)、场镜II(3)、旋转柱面镜(4)、1/4玻片(5)、管镜(6)、场镜I(7)、透镜(8)、光阑(9)、PBS(10)、柱面镜II(12)、狭缝(13)和CCD(14)；
所述的旋转扫描测量模块为：激光器(11)、PBS(10)、光阑(9)、透镜(8)、场镜I(7)、管镜(6)、1/4玻片(5)、旋转柱面镜(4)、场镜II(3)、旋转柱面镜(4)、1/4玻片(5)、管镜(6)、场镜I(7)、透镜(8)、光阑(9)、PBS(10)、柱面镜II(12)、狭缝(13)和CCD(14)；
所述的激光照明模块中激光器(11)发出激光，准直后形成平行光，经过PBS(10)反射后再经过光阑(9)和透镜(8)后聚焦于场镜I(7)主面位置处，光束经过管镜(6)后形成平行光后经1/4玻片(5)后被旋转柱面镜(4)聚焦为线光束于场镜II(3)主面位置，再经摄影镜头(2)聚焦于三维被测样品(1)表面形成聚焦线光斑，所述的聚焦线光斑照射三维被测样品(1)表面的发出反射光；
所述三维被测样品(1)表面发出的反射光依次经过摄影镜头(2)、场镜II(3)、旋转柱面镜(4)、1/4玻片(5)、管镜(6)、场镜I(7)、透镜(8)、光阑(9)、PBS(10)和柱面镜II(12)、狭缝(13)后被CCD(14)收集。
2.根据权利要求1所述的旋转柱面镜高分辨力立体视觉***，其特征在于，所述立体视觉***中在摄像镜头后加上旋转扫描测量模块用来提高整个***的等效焦距，提高的倍率取决于所选的旋转扫描测量模块，从而提高整个立体视觉***的分辨力。
3.根据权利要求1所述的旋转柱面镜高分辨力立体视觉***，其特征在于，所述立体视觉***的成像方式为旋转柱面镜扫描成像，狭缝引入提高收集信号的信噪比。
4.根据权利要求1所述的旋转柱面镜高分辨力立体视觉***，其特征在于，所述立体视觉***场镜的引入匹配视场从而无需额外的运动扫描机构即可实现全摄像物镜视场成像。
5.根据权利要求1所述的旋转柱面镜高分辨力立体视觉***，其特征在于，所述立体视觉***为旋转柱面镜线扫描成像，提高扫描成像速度同时降低光路复杂度，利于光路小型化。
6.根据权利要求1所述的旋转柱面镜高分辨力立体视觉***实现旋转柱面镜高分辨力立体视觉测量的测量方法，其特征在于，所包括以下步骤：
步骤a、根据具体需求选择使用几个旋转柱面镜高分辨力立体视觉单目测量装置组成旋转柱面镜高分辨力立体视觉***；
步骤b、对每一目装置进行单目矫正；
步骤c、对整体立体视觉测量***进行矫正；
步骤d、将三维被测样品放置在清晰成像处并对三维被测样品进行成像并计算形貌。
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