微型三維掃描裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及光學測量領域，具體涉及一種微型三維掃描裝置。
【背景技術】
[0002]結構光三維測量方法的基本原理是三角法，比如線激光測量方法，用激光投射出的光線在空間呈一個光平面，投射到物體表面的激光線受物體高度發生調制變形，變形曲線上的點映射進攝像機，該點與光平面之間形成幾何三角關系，利用標定的系統參數實現被測物體的三維測量。基于激光的方法主要缺點是測量速度慢，每次只能實現一條線的數據測量。
[0003]基于面結構光模式的方法原理上類似于線激光結構光方法，不同之處在于投射器投影面結構光每次可實現整面數據的測量。根據編解碼實現方式不同，可分為空間維編碼和時間維編碼。空間維編碼是根據一幅圖像內鄰近像素編碼信息實現整幅圖像正確解碼，進而實現被測物體的三維形貌測量。該類方法一般僅需一幅圖像即可實現被測物體三維形貌的恢復，具有動態測量的應用前景，但是，該方法測量精度有限。基于時間維的結構光編碼是研究較為廣泛的方法，1989年Besl提出的格雷碼方法是較早的時間維編碼，該編碼被認為是變形的二進制編碼，碼詞的準確性和穩定性高于二進制編碼。
[0004]雙目立體三維測量方法是三維測量技術里的另外一大類方法，該方法原理上模擬人的雙眼實現被測物體的測量，對兩個相機里采集到的同一個物體的二維圖像匹配對應，利用圖像坐標的差異實現三維測量，又稱之為視差法。傳統的立體視覺測量方法是僅利用兩個相機來實現空間物體的三維測量，利用匹配技術實現兩幅圖像的匹配對應，該種實現方法不受環境、物體紋理、光照、視場等條件的約束，但這種僅依靠不同視角圖像灰度信息的匹配較為困難。目前，研究較廣的立體視覺測量技術是指改進型的視覺測量方法，在兩個相機的基礎上增加一個光源投射裝置，投射一些編碼圖案信息，通過對采集到的圖像編碼、分析和識別，實現兩個相機圖像的匹配，投射的圖案類似于結構光測量方法中的圖案，但又有所區別:在立體視覺測量方法中，投射的圖案僅作為兩幅圖像的匹配，只要滿足在圖像空間內具有唯一性或在圖像的一維方向上具有唯一性即可，其編碼圖案包含結構光測量中的結構光圖案。
[0005]本發明是基于結構光的雙目立體三維測量技術，由于現代技術的發展，小型化的投影儀已經出現，故采用新技術的微型三維掃描裝置已成為可能。
【發明內容】
[0006]本實用新型提供一種微型三維掃描裝置，用于空間受限場所對復雜面形的快速、高精度三維采集和測量。具體的技術方案為:
[0007]1、一種微型三維掃描裝置，其持征在于，包括:投影儀，所述投影儀通過投影鏡頭將結構光圖像照射到被測物體上；光學相機，所述光學相機通過成像鏡頭獲取被測物體表面的形貌信息；所述光學相機到所述被測物體的光程為a，所述投影儀到到所述被測物體的光程為b，其中a # b，比值a:b為1:200至200:1。在一些實施方式中，a為l_200mm，例如 2-150mm、3-120mm、4-100mm、5-80mm、6-60mm、8-50mm、10_40mm、約 20mm、30mm 等；b 為l_200mm，例如 2-150mm、3-120mm、4-100mm、 5-80mm、6-60mm、8-50mm、10_40mm、約 20mm、30mm等；比值3:13為1:150至150:1、1:120至120:1、1:100至100:1、1:80至80:1、1:60至60: 1、1:40 至 40: 1、1:20 至 20: 1、1:10 至 10: 1、1:8 至 8: 1、1:6 至 6: 1、1:4 至 4: 1、1:2 至2:1、1.5:1至1: 1.5、或1: 1.2至1.2:1等；上位機，所述上位機同時與所述投影儀和所述光學相機通過有線或無線的方式連接。所述上位機是指可以直接發出操控命令用于操控所述三維掃描裝置的計算機。
[0008]2、如技術方案I所述的微型三維掃描裝置，其特征在于，所述投影儀的光軸與所述光學相機的光軸之間的夾角為5°至90°。在一些實施方式中，所述夾角為6°至80°、V 至 70°、8° 至 60°、9° 至 50°、10° 至 40°、15° 至 30°、約 20°、約 25°、約 35°、或約45°等。
[0009]3、如上述任一項技術方案所述的微型三維掃描裝置，其特征在于，所述投影儀與所述光學相機之間的基線距離為3-200mm。在一些實施方式中，所述基線距離為4_180mm、5-160mm、6-150mm、7-140mm、8-130mm、9-120mm、10—110mm、Il-100mm、12-90mm、13-80mm、14_70mm、15_60mm、16_50mm、17_40mm、18_30mm、19_25mm、或約 20mm 等。
[0010]4、如上述任一項技術方案所述的微型三維掃描裝置，其特征在于，所述光學相機有兩個，兩個光學相機的光軸之間的夾角為5°至90°，兩個光學相機之間的基線距離為3-200mm。在一些實施方式中，兩個光學相機的光軸之間的夾角為6°至80°、7°至70°、8° 至 60。、9° 至 50。、10° 至 40。、15° 至 30。、約 20。、約 25。、約 35。、或約 45。等；兩個光學相機之間的基線距離為 4-180mm、5-160mm、6-150mm、7-140mm、8-130mm、9-120mm、10-110mm、11-100mm.12_90mm、13_80mm、14_70mm、15_60mm、16_50mm、17_40mm、18_30mm、19_25mm、或約 20mm 等。
[0011]5、如上述任一項技術方案所述的微型三維掃描裝置，其特征在于，在所述被測物體附近設有平面反射鏡，用于實現光軸轉向。
[0012]6、如上述任一項技術方案所述的微型三維掃描裝置，其特征在于，還包括陀螺定位儀和加速度儀，分別用于確定所述投影儀和/或所述光學相機的空間位置和位移。
[0013]7、如上述任一項技術方案所述的微型三維掃描裝置，其特征在于，所述投影儀包括投影鏡頭和投影芯片以及驅動電路；所述光學相機包括成像鏡頭和光電陣列傳感器。
[0014]8、如技術方案7所述的微型三維掃描裝置，其特征在于，所述投影鏡頭和所述成像鏡頭均采用遠心光路；所述投影芯片和所述驅動電路采用基于DLP或LCOS以及LCD投影芯片的投影電路；所述光電陣列傳感器采用C⑶或CMOS芯片。
[0015]本實用新型提供一種微型三維掃描裝置，具有體