RU2701440C1 - Пятитактный фазовый 3-d сканер - Google Patents
Пятитактный фазовый 3-d сканер Download PDFInfo
- Publication number
- RU2701440C1 RU2701440C1 RU2018138617A RU2018138617A RU2701440C1 RU 2701440 C1 RU2701440 C1 RU 2701440C1 RU 2018138617 A RU2018138617 A RU 2018138617A RU 2018138617 A RU2018138617 A RU 2018138617A RU 2701440 C1 RU2701440 C1 RU 2701440C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- projector
- additional
- camera
- bands
- strips
- 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 дистанционного измерения трехмерных объектов содержит проектор, который осуществляет за три такта съемки проецирование на измеряемый объект двух типов, сдвинутых по фазе относительно друг друга, гармонических синусоидальных световых сигналов (полос) и одного постоянного сигнала, регистрирующую камеру, которая смещена относительно проектора на определенную величину dY и которая осуществляет регистрацию этих сигналов и передачу их на вычислительное устройство для определения координат измеряемой поверхности. При этом вводится дополнительное смещение камеры относительно проектора на небольшую величину dX, а также вводится два дополнительных такта съемки для регистрации двух, генерируемых проектором, дополнительных типов полос, перпендикулярных двум первым. Причем дополнительная информация, получаемая за счет смещения камеры dX и за счет регистрации дополнительных полос, используется вычислительным устройством для определения 2Pi интервалов в сдвиге основных полос при построении 3-d модели измеряемого объекта. Технический результат - увеличение диапазона глубины измерений, а также повышение точности за счет уменьшения ширины 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. 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 psiY.
В [2] приводится также упрощенный алгоритм:
Здесь: 
В обоих случаях, для любой точки N (фиг. 1) с координатой у луча CN, по трем значениям В1, В2, В3 определяется фаза psiY сигнала камеры в этой точке (которая совпадает с фазой сигнала проектора для этой точки). Зная значение psiY для проектора, можно определить точку N0 и координату yO луча проектора PN0. Точка М пересечения лучей CN и PN0 является точкой измеряемой поверхности. Ее легко найти из треугольников РМС и NMN0.
Описанное устройство обладает существенным недостатком. Фаза psiY не должна превышать значения 2Pi. В противном случае, появляется неоднозначность решения (2) или (4). 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, оно измеряет смещения световых полос в двух взаимно перпендикулярных направлениях (X и Y).
Новизна устройства состоит в том что в нем:
1. Вводится небольшое дополнительное смещение dX камеры относительно проектора (фиг. 2).
2. Используется 2 дополнительных такта съемки за цикл (фиг. 3).
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 - камера, В.У. вычислительное устройство.
На фиг. 3 показаны 5 тактов проектора.
На фиг. 4а показана 3-d модель объекта при использовании алгоритма [1] прототипа в случае перепадов, превышающих ширину полосы. (Виден разрыв поверхности).
На фиг. 4б - результат работы (3-d модель объекта) для предлагаемого устройства.
Устройство работает следующим образом. В пяти тактах съемки проектор формирует пять различных световых сигналов (фиг. 3). Первые 3 такта воспроизводят алгоритм (3) - формируются полосы, параллельные оси X (Y-полосы), сдвинутые по фазе на 90 градусов, и постоянный сигнал (b0). Дополнительно вводятся еще два сигнала - полосы, параллельные оси Y (Х-полосы), также сдвинутые на 90 градусов (такты 4,5). На выходе камеры, для каждой точки поверхности все 5 сигналов имеют вид (фиг. 3):
Из первых трех уравнений системы (3) легко определяется угол psiY, из трех последних - угол psiX.
Значения сигналов В1-В5 поступают на вычислительное устройство - ВУ (фиг. 2), которое по формулам (6), (7) определяет значения psiX и psiY.
Отклонение камеры dX от проектора значительно меньше величины dY и выбирается таким образом, чтобы смещения Х-полос вдоль оси X не превышало их ширины при любых перепадах уровня измеряемой поверхности. В этом случае значение psiX не будет превышать величины 2Pi и из (7) будет определятся однозначно. По найденному значению psiX нельзя находить точки измеряемой поверхности (мала точность из-за малости величины dX), однако, ее хватает, чтобы определить количество 2Pi - интервалов в выражении (6) для psiY. Таким образом, с помощью psiX, угол psiY определяется вычислительным устройством однозначно. Далее, используя значение psiY, ВУ находит координаты точек измеряемой поверхности методом триангуляции, описанном выше для прототипа в любом диапазоне изменения координаты Z.
Предлагаемый способ 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: US 2009238449 A1, 24.09.2009.
Claims (1)
- Устройство дистанционного измерения трехмерных объектов, содержащее проектор, который осуществляет за три такта съемки проецирование на измеряемый объект двух типов, сдвинутых по фазе относительно друг друга, гармонических синусоидальных световых сигналов (полос) и одного постоянного сигнала, регистрирующую камеру, которая смещена относительно проектора на определенную величину dY 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 дополнительное смещение камеры относительно проектора на небольшую величину dX, а также вводится два дополнительных такта съемки для регистрации двух, генерируемых проектором, дополнительных типов полос, перпендикулярных двум первым, причем дополнительная информация, получаемая за счет смещения камеры dX и за счет регистрации дополнительных полос, используется вычислительным устройством для определения 2Pi интервалов в сдвиге основных полос при построении 3-d модели измеряемого объекта.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018138617A RU2701440C1 (ru) | 2018-11-01 | 2018-11-01 | Пятитактный фазовый 3-d сканер |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018138617A RU2701440C1 (ru) | 2018-11-01 | 2018-11-01 | Пятитактный фазовый 3-d сканер |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2701440C1 true RU2701440C1 (ru) | 2019-09-26 |
Family
ID=68063285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018138617A RU2701440C1 (ru) | 2018-11-01 | 2018-11-01 | Пятитактный фазовый 3-d сканер |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2701440C1 (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
- 2018-11-01 RU RU2018138617A patent/RU2701440C1/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 |
|---|---|---|
| Beraldin et al. | Active 3D sensing | |
| Bräuer-Burchardt et al. | Using geometric constraints to solve the point correspondence problem in fringe projection based 3D measuring systems | |
| CN102721376B (zh) | 一种大视场三维视觉传感器的标定方法 | |
| CN106257995A (zh) | 一种结构光场三维成像方法及其*** | |
| CN110174079B (zh) | 一种基于四步相移编码型面结构光的三维重建方法 | |
| Coggrave et al. | High-speed surface profilometer based on a spatial light modulator and pipeline image processor | |
| CN103234482B (zh) | 一种基于正弦光栅的结构光测量***标定方法 | |
| CN101603812A (zh) | 一种超高速实时三维视觉测量装置及方法 | |
| CN108036740B (zh) | 一种基于多视角的高精度实时三维彩色测量***及其方法 | |
| CN108955571A (zh) | 双频外差与相移编码相结合的三维测量方法 | |
| CN102494637B (zh) | 三个编码周期的三基色梯形相移三维信息获取方法 | |
| CN110006365B (zh) | 基于二维查找表的相位展开方法、装置及电子设备 | |
| CN105157614B (zh) | 基于二值相移图案的三维测量方法 | |
| CN112461158B (zh) | 散斑投影相移高频率立体视觉三维测量方法及装置 | |
| Yang et al. | High-accuracy high-speed unconstrained fringe projection profilometry of 3D measurement | |
| Pinto et al. | Regular mesh measurement of large free form surfaces using stereo vision and fringe projection | |
| Sansoni et al. | A 3D vision system based on one-shot projection and phase demodulation for fast profilometry | |
| US12013229B2 (en) | Three-dimensional shape measuring apparatus, three-dimensional shape measuring method, program, and storage medium | |
| US10801834B2 (en) | Fringe projection for determining topography of a body | |
| RU2701440C1 (ru) | Пятитактный фазовый 3-d сканер | |
| RU2148793C1 (ru) | Способ измерения формы и пространственного положения поверхности объекта | |
| CN103559710B (zh) | 一种用于三维重建***的标定方法 | |
| CN102519396B (zh) | 三个灰度对称线性编码周期的采样点三维信息获取方法 | |
| García-Isáis et al. | One shot profilometry using phase partitions | |
| RU2699904C1 (ru) | Трехтактный фазовый 3-d сканер с двумя камерами |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201102 |