三維掃描顯微鏡及條紋投影三維掃描方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及三維掃描顯微鏡及條紋投影掃描方法，尤其是三維掃描顯微鏡及條紋投影三維掃描方法，屬于三維掃描裝置及方法領域。
【背景技術】
[0002]面結構光三維掃描技術中正弦型條紋的正弦特性和方波型條紋的位置精度對于測量精度至關重要，這在面結構光微觀三維掃描時顯得尤為突出。一方面，現有技術的投影裝置多為視頻投影模式，由于投射像素與物理像素不能一一對應，投影機投射的條紋為非精確像素對應的條紋；攝像機采集的每幅條紋圖像實際為投影機投射的多幀條紋圖像的合成，假設該視頻投影儀的幀頻為60，攝像機曝光時間為I秒，則該幅條紋圖像實際是在此I秒內連續60次投影合成的一幅圖像，由于投影機的結構影響，造成該60次投影的條紋圖像位置會發生細微的差別，因此影響了投影方波型條紋圖型位置精確度和正弦條紋的正弦特性；另一方面，由于被觀察物表面的微觀結構破壞所采集正弦型條紋圖像的正弦特性，因此需要投射多幀條紋圖像來提高采集條紋圖的正弦特性。但是，由于視頻投影機和攝像機，兩者的聯系通過計算機實現，即通過計算機程序來控制投影機的投射和攝像機的采集，由于計算機并不能獲知投影機何時完成投影，為了保證投影與采集的同步，計算機往往通過軟件等待來同步攝像機拍攝，雖然單次等待時間較短，但多次投影采集所累積的時間會使其掃描效率顯著降低。
[0003]有鑒于此特提出本發明采用條紋投影機和攝像機與體視顯微鏡相結合，在快速采集的前提下提高正弦型條紋的正弦特性和方波型條紋的位置精度。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題在于克服現有技術的不足，提供一種三維掃描顯微鏡及條紋投影三維掃描方法，能夠使投影掃描穩定性好、精度更高、效率更高。
[0005]為解決上述技術問題，本發明采用技術方案的基本構思是:
[0006]三維掃描顯微鏡，包括體視顯微鏡、條紋投影裝置和條紋采集裝置。
[0007]條紋投影裝置通過體視顯微鏡的條紋投影光路投射條紋圖形到被觀測物表面；條紋采集裝置經體視顯微鏡的條紋采集光路獲取被觀測物表面的條紋圖像；條紋投影裝置具有精確像素對應模式，所述精確像素對應模式指條紋投影裝置內部顯示條紋圖形的部件的物理像素數與條紋投影裝置內部存儲的并需投射的條紋圖形像素數相等，條紋投影裝置與條紋采集裝置具有精確幀對應模式，所述精確幀對應模式指條紋投影裝置投射的一幀條紋圖形的同時條紋采集裝置采集該幀條紋圖像。
[0008]進一步的，條紋投影裝置包括帶有同步觸發端口的投影控制器、投影芯片、圖形存儲器、光源；條紋采集裝置為帶有同步觸發端口的攝像機。
[0009]圖形存儲器存儲條紋圖形，條紋圖形像素數與投影芯片物理像素數相等；投影控制器電連接投影芯片、圖形存儲器和光源，投影控制器提取圖形存儲器內的條紋圖形并使投影芯片顯示此條紋圖形，光源發射的光定向射向投影芯片，經條紋投影光路投射條紋圖形至被觀測物表面；條紋投影裝置在投射一幀條紋圖形時同步觸發攝像機進行相應的圖像采集，攝像機完成采集時同步觸發條紋投影裝置投射另一幀條紋圖形。
[0010]進一步的，還包括投影適配器，條紋投影裝置連接投影適配器，投影適配器安裝在體視顯微鏡的第一目鏡與變倍體之間，條紋投影裝置、投影適配器、變倍體、物鏡形成條紋投影光路。
[0011]進一步的，還包括攝像機適配器，攝像機連接攝像機適配器，攝像機適配器安裝于體視顯微鏡的第二目鏡與變倍體之間，條紋采集光路上設置有攝像機、攝像機適配器、變倍體、物鏡。
[0012]投影控制器同步觸發端口中的輸出同步觸發端口與攝像機同步觸發端口中的輸入同步觸發端口相連接，投影控制器同步觸發端口中的輸入同步觸發端口與攝像機同步觸發端口中的輸出同步觸發端口相連接。
[0013]進一步的，投影控制器控制投影芯片生成條紋圖形，光源照射投影芯片并經投影適配器、變倍體、物鏡后將條紋圖形投射在被觀測物表面，被觀測物及其上的條紋圖像反射進入物鏡后經變倍體、攝像機適配器再進入條紋采集裝置中。
[0014]利用以上任一項所述的三維掃描顯微鏡進行條紋投影三維掃描方法，利用安裝在體視顯微鏡上的條紋投影裝置經體視顯微鏡內部的條紋投影光路投射一幀條紋圖形至被觀測物表面，該條紋圖形的像素數與投影芯片的物理像素數相等，同時觸發安裝在體視顯微鏡上的條紋采集裝置經體視顯微鏡內部的條紋采集光路同步采集被觀測物表面的條紋圖像，在獲得圖像后條紋采集裝置同步觸發條紋投影裝置再投射另一幀條紋圖形，重復上述步驟，直至全部序列條紋圖形/圖像投射并采集完成。
[0015]進一步的，條紋投影裝置投射一幀序列條紋圖形至被觀測物表面并同步觸發條紋采集裝置采集獲取被觀測物表面的該幀序列條紋圖像，條紋投影裝置持續投射此幀序列條紋圖形直至被觀測物表面的該幀條紋圖像被條紋采集裝置采集。
[0016]進一步的，當條紋投影裝置在投射正弦型序列條紋圖像時，條紋投影裝置讀取存儲于條紋投影裝置圖形存儲器內的N幀正弦型序列條紋圖形并依次投射，并通過條紋采集裝置依次對N幀序列條紋圖像采集以實現N次相移算法進行條紋分析。
[0017]進一步的，N= 2"1，m ^ 2。
[0018]進一步的，生成及投射條紋圖形時，顯示條紋圖形的部件的物理像素數等于或大于存儲在條紋投影裝置內部并需投射的條紋圖形像素數。
[0019]采用上述技術方案后，本發明與現有技術相比具有以下有益效果。
[0020]本發明三維掃描顯微鏡及條紋投影三維掃描方法，利用條紋投影裝置和條紋采集裝置分別進行投影和拍攝采集，條紋投影裝置投射的條紋圖形經體視顯微鏡內部光路從物鏡射出后投射在被觀測物表面，條紋采集裝置經體視顯微鏡內部光路獲取被觀測物表面的條紋圖像，并且兩者能同步進行，具有精確幀對應模式，可以使投影和拍攝所用的時間更短、效率更高。條紋投影裝置在投射一幀序列條紋圖形時，在條紋采集裝置完成拍攝前，其投射的此幀序列條紋圖形只以一次投射的形態出現，而非多次投射組成同一幀序列條紋圖形，可以避免同一幀圖形由多次投射所造成的投影圖像不穩定的問題，并且在投射正弦型序列條紋圖形時依次投射多幀序列條紋圖形，從而克服因被觀測物表面的微觀結構不平整所造成的破壞正弦型序列條紋圖像的正弦特性的問題。條紋投影裝置具有精確像素對應模式，避免了因存儲的條紋圖形像素數及條紋投影裝置內部顯示條紋圖形的部件的物理像素數不同而造成的條紋圖形投射時發生的圖形畸變問題。利用上述裝置和方法進行條紋投影、采集拍攝并對采集獲取的信息進行分析處理，實現對被觀測物表面形貌的三維掃描。
[0021]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細的描述。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明序列條紋投影體視顯微鏡的結構示意圖。
[0023]圖2是條紋圖形投影及采集示意圖。
[0024]1、條紋投影裝置2、投影適配器3、條紋采集裝置4、攝像機適配器5、變倍體6、物鏡7、光軸8、被觀測物11、投影控制器12、圖形存儲器13、光源14、投影芯片15、條紋圖形16、被觀察物17、攝像機18、處理裝置。
【具體