三维成像系统和三维成像方法技术方案

本发明专利技术公开了一种三维成像系统和三维成像方法，通过在三维成像系统中引入变焦镜头，通过投影部分的变焦镜头来调节投影单元的投射视场和投影距离，通过图像获取部分的变焦镜头来调节其拍摄视场和光学放大倍数，从而实现了对物体的自动变焦结构光成像，克服了传统装置随着距离增加深度分辨率降低的缺陷，增大了结构光成像的作用距离，提高了三维成像的精确度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学
，具体涉及一种。
技术介绍
三维成像系统广泛用于模具设计、工业测量等领域。目前广泛采用的结构光方法(Structured Light)是一种主动式光学测量技术，其基本原理是由结构光投射装置向被测物体表面投射可控制的光点、光条或光面结构，并由图像获取装置(如摄像机)获得图像，通过系统几何关系，利用三角原理计算得到物体的三维坐标，即结构光三维成像过程包含两步，首先获取物体被结构光条纹调制的二维图像，然后再从包含变形条纹的二维像中通过数字重建方法得到物体的三维点云数据。结构光测量方法具有计算简单、体积小、价格低、大量程、便于安装和维护的特点，结构光三维成像技术已被深入研究和广泛应用，特别是在实际三维轮廓测量中应用更为广泛。但是，结构光三维成像系统没有光学变焦系统，存在随着距离增加，深度分辨率会逐渐降低，这极大限制了结构光三维成像系统在远距离成像中的应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出一种，可以将光学变焦引入三维成像系统，从而可以根据成像对象的距离调整成像区域，在成像对象较远时仍能以高分辨率获取图像，提高三维成像的精确度。第一方面，提供一种三维成像系统，包括:投影装置，具有第一变焦镜头，用于向成像对象投射结构光图案；图像获取装置，具有第二变焦镜头，用于获取投射有所述结构光图案的成像对象的图像；控制装置，用于根据所述图像获取装置获取的第一图像检测结构光图案的边界，并调节所述第二变焦镜头的光学参数以使得所述图像获取装置的成像区域与所述结构光图案边界满足预定关系并获取第二图像，根据所述第二图像计算获取所述成像对象的三维点云数据。优选地，所述控制装置控制所述第二变焦镜头的光学参数以使得所述图像获取装置的成像区域的边界与所述结构光图案的边界重合。优选地，所述第一变焦镜头包括第一镜头组和第一伺服电机；所述第二变焦镜头包括第二镜头组和第二伺服电机。优选地，所述控制装置通过控制所述第二变焦镜头的焦距来调整所述图像获取装置的成像区域。第二方面，提供一种三维成像方法，包括:向成像对象投射预定尺寸的结构光图案；获取第一图像，并根据所述第一图像检测所述结构光图案的边界；调整图像获取装置光学成像参数，使得所述图像获取装置的成像区域与所述结构光图案满足预定关系；获取投射有所述结构光图案的成像对象的第二图像；根据所述第二图像计算获取所述成像对象的三维点云数据。优选地，调整图像获取装置光学成像参数，使得所述图像获取装置的成像区域与所述结构光图案满足预定关系包括:控制所述图像获取装置以使得所述图像获取装置的成像区域的边界与所述结构光图案的边界重合。优选地，调整图像获取装置光学成像参数包括:调节所述图像获取装置的变焦镜头的焦距。通过在三维成像系统中引入变焦镜头，通过投影部分的变焦镜头来调节投影单元的投射视场和投影距离，通过图像获取部分的变焦镜头来调节其拍摄视场和光学放大倍数，从而实现了对物体的自动变焦结构光成像，克服了传统装置随着距离增加深度分辨率降低的缺陷，增大了结构光成像的作用距离，提高了三维成像的精确度。【附图说明】通过以下参照附图对本专利技术实施例的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中:图1是本专利技术实施例的三维成像系统的示意图；图2a_图2b是本专利技术实施例的三维成像系统的工作原理示意图；图3是本专利技术实施例的三维成像方法的流程图。【具体实施方式】以下基于实施例对本专利技术进行描述，但是本专利技术并不仅仅限于这些实施例。在下文对本专利技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本专利技术。为了避免混淆本专利技术的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义;也就是说，是“包括但不限于”的含义。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。图1是本专利技术实施例的三维成像系统的示意图。如图1所示，三维成像系统包括投影装置1、图像获取装置2和控制装置3。其中，投影装置1包括投影仪11、第一变焦镜头12，投影装置1用于根据用户设定的大小向成像对象投射结构光图案。所述结构光图案可以为点阵图案或条纹图案或其它现有的适于进行光学三维成像的结构光图案。具体地，第一变焦镜头12可以包括第一镜头组12a和第一伺服电机12b。第一伺服电机12b用于根据控制改变第一镜头组12a的镜片相对位置关系以改变其焦距，调整投影的大小。图像获取装置2包括图像传感器21、第二变焦镜头22。图像获取装置2用于获取投射有所述结构光图案的成像对象的图像。控制装置3与图像获取装置2连接，用于根据所述图像获取装置2获取的第一图像检测结构光图案的边界，并调节所述第二变焦镜头22的光学参数以使得所述图像获取装置的成像区域与所述结构光图案边界满足预定关系并获取第二图像，根据所述第二图像计算获取所述成像对象的三维点云数据。其中，所述第一图像可以为图像获取装置基于变焦镜头的初始设置获取的动态影像或静态图像文件或通过图像传感器读出到内存中的中间图像数据等。第二图像为用于进行三维点云计算的图像文件。在图1中，控制装置3还可选地与投影装置1连接，控制装置3可以通过通信连接向投影装置1提供投影结构光图案所需的数据。可选地，控制装置3也可以用于接收用户指令对第一变焦镜头12进行控制。其中，第二变焦镜头22可以包括第二镜头组22a和第二伺服电机22b。第二伺服电机22b用于根据控制改变第二镜头组22a的镜片相对位置关系以改变其焦距和放大倍数以调整当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维成像系统，包括:投影装置，具有第一变焦镜头，用于向成像对象投射结构光图案；图像获取装置，具有第二变焦镜头，用于获取投射有所述结构光图案的成像对象的图像；控制装置，用于根据所述图像获取装置获取的第一图像检测结构光图案的边界，并调节所述第二变焦镜头的光学参数以使得所述图像获取装置的成像区域与所述结构光图案边界满足预定关系并获取第二图像，根据所述第二图像计算获取所述成像对象的三维点云数据。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李楠，李洪，
申请(专利权)人：湖南拓视觉信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43