RU2699904C1 - Трехтактный фазовый 3-d сканер с двумя камерами - Google Patents
Трехтактный фазовый 3-d сканер с двумя камерами Download PDFInfo
- Publication number
- RU2699904C1 RU2699904C1 RU2018142380A RU2018142380A RU2699904C1 RU 2699904 C1 RU2699904 C1 RU 2699904C1 RU 2018142380 A RU2018142380 A RU 2018142380A RU 2018142380 A RU2018142380 A RU 2018142380A RU 2699904 C1 RU2699904 C1 RU 2699904C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- camera
- projector
- measured surface
- computing device
- main
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для визуализации, математического моделирования и распознавания трехмерных объектов. Заявленное устройство содержит проектор, который осуществляет за три такта съемки проецирование на измеряемый объект трех типов, сдвинутых по фазе относительно друг друга, гармонических синусоидальных световых сигналов (полос), основную регистрирующую камеру, которая смещена относительно проектора на определенную величину и которая осуществляет регистрацию этих сигналов и передачу их на вычислительное устройство для определения координат измеряемой поверхности. Устройство дополнительно содержит камеру, которая расположена на малом расстоянии от проектора и производит три такта съемки синхронно с основной камерой. Информация с дополнительной камеры поступает на вычислительное устройство и используется для определения количества 2Pi интервалов в сдвиге полос основной камеры при вычислении координат измеряемой поверхности. Технический результат - расширение допустимого диапазона перепадов уровня Z измеряемой поверхности и повышение точности за счет использования узких световых полос. 4 ил.
Description
Устройство относится к области измерительной техники и может быть использовано для визуализации, математического моделирования и распознавания трехмерных объектов.
Устройство реализует принцип структурированной подсветки измеряемой поверхности и принцип триангуляции для получения ее точек.
Известны устройства (например сканеры Range Vision, Artec 3d), применяющие двоичное структурирование света, которые, при условии приемлемой точности, должны использовать 7-8 тактов съемки за цикл. Известны также устройства, использующие гармоническую подсветку. Так, устройство, описанное в заявке №2018138617/28(064184) использует только 5 тактов съемки.
Наиболее близким является устройство, описанное в [1]. Оно выбрано в качестве ближайшего прототипа. Устройство содержит проектор Р и камеру С, которая смещена относительно проектора на величину dY (фиг. 1). В качестве структурированной подсветки используется гармонический световой сигнал и всего три такта съемки за цикл. При этом в каждом такте фаза светового сигнала проектора меняется на 120 градусов. В этом случае в любой точке поверхности, для сигналов на выходе камеры имеем:
Из уравнений (1) легко получить выражение для угла psi - фазы сигнала в этой точке:
psi = arctan(√3 *(B1 – B3)/(2*B2 – B1 – B3)) + 2k*Pi; (2)
Таким образом, для любой точки N (фиг. 1) с координатой у луча CN, по трем значениям В1, В2, В3 определяется фаза psi сигнала камеры в этой точке (которая совпадает с фазой сигнала проектора для этой точки). Зная значение psi для проектора, можно определить точку N0 и координату у0 порождающего луча проектора PN0. Точка М пересечения лучей CN и PN0 является точкой измеряемой поверхности. Ее легко найти из треугольников РМСи NMN0.
Описанное устройство обладает существенным недостатком. Фаза psi не должна превышать значения 2Pi (k=0). В противном случае, появляется неоднозначность решения (2). Физически это означает, что смещения световой полосы, связанные с изменением координаты Z измеряемой поверхности, не должны превышать ее ширины, (ширина полосы - это период гармонических колебаний). С другой стороны, ширину полосы проецируемого света нельзя делать большой, т.к. это приводит к резкому падению точности (из-за нелинейных искажений). Таким образом, недостатком устройства является малый допустимый диапазон перепадов уровня Z поверхности.
Сущность заявляемого устройства состоит в том, что с целью расширения допустимого диапазона перепадов уровня Z поверхности и увеличения точности за счет уменьшения ширины световых полос, оно имеет дополнительную камеру С1 (Фиг. 2), которая расположена на малом расстоянии dY1 от проектора и работает синхронно с основной камерой С.
Новизна устройства состоит в том что в нем:
1. Вводится дополнительная камера, которая расположена на малом расстоянии от проектора и которая также осуществляет 3 такта съемки, синхронно с основной камерой.
2. Информация с дополнительной камеры поступает на вычислительное устройство ВУ и используется совместно с информацией основной камеры.
Наличие указанных существенных признаков приводит к достижению технического результата, который выражается в расширении допустимого диапазона перепадов уровня Z измеряемой поверхности и повышении точности за счет использования узких световых полос.
Таким образом, предложенное техническое решение соответствует установленным условиям патентоспособности изобретения. Других технических решений аналогичного назначения с подобными существенными признаками не обнаружено.
На фиг. 1 показана схема работы прототипа.
Фиг. 2 поясняет принцип работы предлагаемого устройства. Здесь Р - проектор, С - основная камера, С1 - дополнительная камера, ВУ - вычислительное устройство.
На фиг. 3а, 3б показаны 3 такта проектора, отснятые камерами С1 и С, соответственно
На фиг. 4а показана 3-d модель объекта при использовании алгоритма прототипа [1].
На фиг. 4б - результат работы (3-d модель объекта) для предлагаемого устройства.
Устройство работает следующим образом. В трех тактах съемки проектор формирует три различных световых сигнала (фиг. 3а, б) - световые полосы, параллельные оси X, сдвинутые по фазе на 120 градусов относительно друг друга вдоль оси Y.
На выходе камеры С, для каждой точки поверхности эти сигналы описываются уравнениями (1), где В1-В3 - интенсивности сигналов, psi - их фазовый сдвиг, b0 - средняя составляющая, b - амплитуда. Из (1) легко выводится выражение (2) для угла psi.
Аналогичным образом, для камеры С1 будем иметь:
откуда:
psi = arctan(√3 *(B11 – B31)/(2*B21 – B11 – B31)); (4)
Камера С1 расположена на таком близком расстоянии dY1 от проектора (Фиг. 2), что при максимальном перепаде уровня измеряемой поверхности, величина смещения световых полос не превышает их ширины. Иными словами значения psi1 в любой точке не превышают величины 2Pi (k=0) и, следовательно, с помощью (4) определяются вычислительным устройством ВУ однозначно.
По найденному значению psi1 нельзя находить точки измеряемой поверхности, т.к. мала точность из-за малости величины dY1, однако, ее хватает, чтобы определить количество 2Pi - интервалов в выражении (2) для угла psi. Таким образом, с помощью psi1, угол psi определяется вычислительным устройством также однозначно. Далее, используя значение psi, ВУ находит координаты точек измеряемой поверхности методом триангуляции, описанном выше для прототипа в любом диапазоне изменения координаты Z.
На фиг. 4б показан результат работы предлагаемого устройства.
На фиг. 4а показана 3-d модель объекта при использовании алгоритма прототипа в случае перепадов, превышающих ширину полосы. (Виден разрыв поверхности).
Устройство может использоваться в различных технологических процессах с целью визуализации, математического моделирования и физического воспроизведения геометрии трехмерных объектов.
Литература.
[1] Peisen S. Huang and Song Zhang. Fast three-step phase-shifting algorithm.
[2] Song Zhang. Recent progresses on real-time 3D shape measurement using digital fringe projection techniques.
[3] Patent: Method and Apparatus for Absolute-Coordinate Three-Dimension Surface Imaging. Song Zhang, …
Claims (1)
- Устройство дистанционного измерения трехмерных объектов, содержащее проектор, который осуществляет за три такта съемки проецирование на измеряемый объект трех типов, сдвинутых по фазе относительно друг друга, гармонических синусоидальных световых сигналов (полос), и основную регистрирующую камеру, которая смещена относительно проектора на определенную величину и которая осуществляет регистрацию этих сигналов и передачу их на вычислительное устройство для определения координат измеряемой поверхности, отличающееся тем, что с целью увеличения диапазона глубины измерений, а также повышения точности за счет уменьшения ширины полос вводится дополнительная камера, которая смещена относительно проектора на небольшую величину и которая снимает синхронно с основной камерой, причем дополнительная информация, получаемая этой камерой, используется вычислительным устройством для определения количества 2Pi интервалов в сдвиге полос основной камеры при вычислении координат измеряемой поверхности.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018142380A RU2699904C1 (ru) | 2018-11-30 | 2018-11-30 | Трехтактный фазовый 3-d сканер с двумя камерами |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018142380A RU2699904C1 (ru) | 2018-11-30 | 2018-11-30 | Трехтактный фазовый 3-d сканер с двумя камерами |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2699904C1 true RU2699904C1 (ru) | 2019-09-11 |
Family
ID=67989794
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018142380A RU2699904C1 (ru) | 2018-11-30 | 2018-11-30 | Трехтактный фазовый 3-d сканер с двумя камерами |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2699904C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2148793C1 (ru) * | 1999-02-19 | 2000-05-10 | Филиппов Евгений Иванович | Способ измерения формы и пространственного положения поверхности объекта |
| US20070115484A1 (en) * | 2005-10-24 | 2007-05-24 | Peisen Huang | 3d shape measurement system and method including fast three-step phase shifting, error compensation and calibration |
| US20090238449A1 (en) * | 2005-11-09 | 2009-09-24 | Geometric Informatics, Inc | Method and Apparatus for Absolute-Coordinate Three-Dimensional Surface Imaging |
| RU2649420C2 (ru) * | 2014-05-20 | 2018-04-03 | Яков Борисович Ландо | Способ дистанционного измерения подвижных объектов |
-
2018
- 2018-11-30 RU RU2018142380A patent/RU2699904C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2148793C1 (ru) * | 1999-02-19 | 2000-05-10 | Филиппов Евгений Иванович | Способ измерения формы и пространственного положения поверхности объекта |
| US20070115484A1 (en) * | 2005-10-24 | 2007-05-24 | Peisen Huang | 3d shape measurement system and method including fast three-step phase shifting, error compensation and calibration |
| US20090238449A1 (en) * | 2005-11-09 | 2009-09-24 | Geometric Informatics, Inc | Method and Apparatus for Absolute-Coordinate Three-Dimensional Surface Imaging |
| RU2649420C2 (ru) * | 2014-05-20 | 2018-04-03 | Яков Борисович Ландо | Способ дистанционного измерения подвижных объектов |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Peisen S. Huang and Song Zhang. Fast three-step phase-shifting algorithm. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9322643B2 (en) | Apparatus and method for 3D surface measurement | |
| CN102721376B (zh) | 一种大视场三维视觉传感器的标定方法 | |
| CN108955571B (zh) | 双频外差与相移编码相结合的三维测量方法 | |
| CN110174079B (zh) | 一种基于四步相移编码型面结构光的三维重建方法 | |
| Tang et al. | Micro-phase measuring profilometry: Its sensitivity analysis and phase unwrapping | |
| CN108596008B (zh) | 针对三维人脸测量的面部抖动补偿方法 | |
| CN112461158B (zh) | 散斑投影相移高频率立体视觉三维测量方法及装置 | |
| CN109798845A (zh) | 一种基于激光光栅扫描的三维重建精度提升的方法与装置 | |
| CN104655051A (zh) | 一种高速结构光三维面形垂直测量方法 | |
| KR101562467B1 (ko) | 스마트 폰을 이용한 3차원 형상 측정 장치 | |
| WO2014074003A1 (ru) | Способ контроля линейных размеров трехмерных объектов | |
| CN110006365B (zh) | 基于二维查找表的相位展开方法、装置及电子设备 | |
| CN109945802A (zh) | 一种结构光三维测量方法 | |
| CN113465545B (zh) | 一种基于高速led阵列的三维测量***及其测量方法 | |
| US12013229B2 (en) | Three-dimensional shape measuring apparatus, three-dimensional shape measuring method, program, and storage medium | |
| CN104154879A (zh) | 一种非均匀条纹分段生成方法 | |
| Ke et al. | A flexible and high precision calibration method for the structured light vision system | |
| RU2699904C1 (ru) | Трехтактный фазовый 3-d сканер с двумя камерами | |
| RU2701440C1 (ru) | Пятитактный фазовый 3-d сканер | |
| Dupont et al. | Binary pattern codification strategies in an active stereoscopic system based on flexible image guides | |
| CN112747686B (zh) | 三维形貌测量装置 | |
| Li et al. | Real-time complex object 3D measurement | |
| CN112212805B (zh) | 一种基于复合编码的高效立体相位展开方法 | |
| Jia et al. | Triangular phase-shifting algorithms for surface measurement | |
| Yu et al. | Phase-domain modulated hybrid phase-shifting structured light based efficient 3D measurement |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201201 |