一种基于同轴平移散斑投射器的高精度三维成像装置的制作方法

技术特征：
1.一种基于同轴平移散斑投射器的高精度三维成像装置，其特征在于，包括控制模块（6）、驱动电路（7）、电机（8）、刻有散斑图案的镀铬玻璃（9）、led照明光源（11）和由复合透镜阵列组成的柯勒照明系统（12）；所述控制模块（6）输出电机控制信号到驱动电路（7），驱动电路（7）根据所述电机控制信号通过控制电机（8）使得刻有散斑图案的镀铬玻璃（9）发生平移；并且所述控制模块（6）还同时输出照明控制信号到所述led照明光源（11），所述led照明光源（11）发出光源到所述复合透镜阵列组成的柯勒照明系统（12）；所述复合透镜阵列组成的柯勒照明系统（12）对所述光源进行光学放大，并提供无影均匀照明；放大后的光源用于投射到平移中的刻有散斑图案的镀铬玻璃（9）形成散斑投射图；待测物体接收到散斑投射图后，形成调制后的散斑图。2.如权利要求1所述的一种基于同轴平移散斑投射器的高精度三维成像装置，其特征在于，所述控制电机（8）的主轴带动齿轮齿条传动部件（19）转动，转动的所述齿轮齿条传动部件（19）使得刻有散斑图案的镀铬玻璃（9）发生平移，所述齿轮齿条传动部件（19）包括驱动齿轮（27）、传动齿轮（28）和齿条部件（29），驱动齿轮（27）和传动齿轮（28）啮合，传动齿轮（28）和齿条部件（29）啮合。3.如权利要求2所述的一种基于同轴平移散斑投射器的高精度三维成像装置，其特征在于，所述刻有散斑图案的镀铬玻璃（9）放置在散斑片安装支架（30）上，所述散斑片安装支架（30）外部有齿轮，散斑片安装支架（30）外部的齿轮与所述齿条部件（29）啮合，齿条部件（29）带动散斑片安装支架移动，从而使得刻有散斑图案的镀铬玻璃（9）平移。4.如权利要求3所述的一种基于同轴平移散斑投射器的高精度三维成像装置，其特征在于，所述刻有散斑图案的镀铬玻璃（9）以时间间隔周期进行平移，每周期内平移的距离为3mm，时间间隔周期≤10ms。5.如权利要求3所述的一种基于同轴平移散斑投射器的高精度三维成像装置，其特征在于，所述散斑片安装支架（30）放置在所述主体结构部件（15）上，所述主体结构部件（15）中间为中空结构，led照明光源通过主体结构部件（15）中部的中空结构，将放大后的光源投射到平移中的刻有散斑图案的镀铬玻璃（9），形成散斑投射图；所述主体结构部件（15）上方设置有双滑槽结构（16），在所述散斑片安装支架（30）的带动下，刻有散斑图案的镀铬玻璃（9）沿着双滑槽结构（16）平移。6.如权利要求5所述的一种基于同轴平移散斑投射器的高精度三维成像装置，其特征在于，还包括主体结构上盖，所述主体结构上盖（22）和主体结构部件（15）形成容纳空间，将所述散斑图案的镀铬玻璃（9）、在散斑片安装支架（30）、齿轮齿条传动部件（19）、驱动电路（7）和电机（8）容纳于所述容纳空间，并且所述主体结构上盖（22）为中空结构，所述散斑投射图通过主体结构上盖（22）的中空结构投射出去。7.如权利要求6所述的一种基于同轴平移散斑投射器的高精度三维成像装置，其特征在于，所述散斑投射图通过投射镜头部件投射到待测物体，所述投射镜头部件包括投射镜头（24）和镜头锁紧环（23），投射镜头（24）通过镜头锁紧环（23）固定于所述主体结构上盖（22）上方。8.如权利要求1
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7任一所述的一种基于同轴平移散斑投射器的高精度三维成像装置，其特征在于，还包括双目相机（10）；
所述控制模块（6）还输出拍照信号到所述双目相机（10），在刻有散斑图案的镀铬玻璃（9）平移的过程中，所述双目相机（10）同步拍摄调制后的散斑图，生成2n张散斑图，其中，双目相机（10）中的左相机和右相机各n张。9.一种基于同轴平移散斑投射器的高精度三维成像装置进行三维重建的方法，其特征在于，包括以下步骤：s1，构建如权利要求1
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8任一所述的高精度三维成像装置，通过控制模块（6）控制散斑投射图平移，并获取n对时空不相关的散斑图像对，所述散斑图像对包括左相机拍摄图片序列和右相机拍摄图片序列；s2，使用图像处理开源库opencv4.0提供的函数接口对获取的n对时空不相关的散斑图像对进行畸变矫正和极线矫正；s3，在矫正完毕的图片上逐行用st
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zncc算法进行匹配，将互相关值低和未通过左右一致性检验的区域设置为无效视差；s4，利用三点拟合法将像素级的视差转换成亚像素级的视差；s5，进行视差后处理；s6，通过插值法对无效视差区域进行填充，获取亚像素级精度视差图；s7，获取标定代入数据；s8，利用标定代入数据，基于步骤s6得到的视差图进行三维待测物体重建，得到三维待测物体的点云数据。10.如权利要求9所述的一种基于同轴平移散斑投射器的高精度三维成像装置进行三维重建的方法，其特征在于，步骤s1中，控制模块（6）控制散斑投射图平移具体包括以下步骤：s11，控制模块（6）输出电机控制信号到驱动电路（7），驱动电路（7）根据所述电机控制信号控制电机（8）转动预设的角度；s12，电机（8）正转或反转，带动刻有散斑图案的镀铬玻璃（9）往复线性平动。

技术总结
本发明涉及光学三维成像领域，具体公开了一种基于同轴平移散斑投射器的高精度三维成像装置，包括控制模块、驱动电路、电机、刻有散斑图案的镀铬玻璃、LED照明光源和由复合透镜阵列组成的柯勒照明系统。与传统的数字散斑投影技术相比，本发明中自动化控制的系统节省了更换散斑图案的时间，并根据实验确保了图案不相关性最大的平移距离参数，在保证了较高精度的前提下相比于以往的方案更有利于实现三维重建的实时性，实现了一个新型的高速高精度的三维重建系统。三维重建系统。三维重建系统。


技术研发人员：朱江平 程月 吕坤 周佩 张娜 刘波
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：2021.07.22
技术公布日：2021/10/28