專利名稱：3d機(jī)器視覺(jué)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及3D機(jī)器視覺(jué)傳感器。
背景技術(shù)：
當(dāng)前市場(chǎng)上或見(jiàn)報(bào)道的エ業(yè)彩色攝像機(jī)(2D)和3D機(jī)器視覺(jué)傳感器存在的形式及存在的問(wèn)題模擬攝像機(jī)模擬信號(hào)輸出，只帶有ニ維數(shù)據(jù)及位置信息；數(shù)字式攝像機(jī)各類(lèi)數(shù)字輸出接ロ，但只輸出ニ維數(shù)據(jù)及位置信息；智能攝像機(jī)各類(lèi)數(shù)字輸出接ロ，只輸出ニ維數(shù)據(jù)及位置信息，和圖象分析結(jié)果信3D機(jī)器視覺(jué)傳感器數(shù)字接ロ，能輸出高度信息，但只是一串(或一條線)離散的數(shù)據(jù)，不是一幅完整彩色BITMAP圖片。3D智能相機(jī)數(shù)字接ロ，能輸出圖象分析結(jié)果。上述前面三種都只能輸出ニ維信息，后面兩種雖然能提供3D的信息，但是具有如下的局限性3D機(jī)器視覺(jué)傳感器配合使用線激光，采用掃描方式，被檢測(cè)物體需要相對(duì)于激光發(fā)生裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，毎次只能輸出反映高度信息的一條線的數(shù)據(jù)，后續(xù)還需要進(jìn)行采集和拼接，才能變成一幅可供分析的圖像。3D智能相機(jī)也是配合使用線激光，采用掃描方式，被檢測(cè)物體需要相對(duì)于激光發(fā)生裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，該方法在相機(jī)內(nèi)對(duì)于三維數(shù)據(jù)進(jìn)行了拼接，經(jīng)過(guò)分析后直接輸出測(cè)量的結(jié)果。該方法靈活性和開(kāi)放性不夠，往往造價(jià)較高。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是要克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種3D機(jī)器視覺(jué)傳感器?？梢詫?shí)現(xiàn)1.對(duì)于ー個(gè)視野內(nèi)的檢測(cè)，不需要進(jìn)行掃描，提升檢測(cè)的速度。2.輸出結(jié)果是連續(xù)的圖像，每ー幀圖像代表一次采集的結(jié)果。3.輸出彩色圖像為后續(xù)的檢測(cè)和測(cè)量提供原始數(shù)據(jù)。4.僅需要采集ー幀圖像，就可以得到待測(cè)物體的深度方向(Z軸)數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的技術(shù)方案是將編碼器、投影裝置、相機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸接ロ、后續(xù)處理裝置集成在一個(gè)產(chǎn)品里，最后輸出蘊(yùn)含三維信息的彩色圖像信號(hào)；其中工作外圍系統(tǒng)包括被檢測(cè)對(duì)象、3D機(jī)器視覺(jué)傳感器、數(shù)據(jù)傳輸接ロ、PCエ控機(jī)或其他數(shù)據(jù)處理裝置，其中視覺(jué)傳感器包括條紋圖像投射単元和CCD相機(jī)単元，，其中條紋圖像投射單元將正弦亮度分布條紋投射到被檢測(cè)對(duì)象表面，CCD相機(jī)單元將檢測(cè)對(duì)象表面的圖像經(jīng)過(guò)處理后連續(xù)輸出，并經(jīng)數(shù)字傳輸接ロ發(fā)送到PCエ控機(jī)。該技術(shù)方案還包括所述的3D機(jī)器視覺(jué)傳感器，其特征是所述的條紋圖像投射単元包括正弦亮度分布圖像發(fā)生器和圖像投影裝置，其中正弦亮度分布圖像發(fā)生器與圖像投影裝置連接；相機(jī)單元包括圖像采集及處理單元、CXD前端處理器、CXD感光元件和C Mount鏡頭接ロ，其中圖像采集及處理單元經(jīng)CXD前端處理器、CXD感光元件與C Mount鏡頭接ロ連接，圖像采集及處理單元還分別與正弦亮度分布圖像發(fā)生器和數(shù)據(jù)傳輸接ロ連接。所述的條紋圖像投影裝置(投影儀)包括三色LED光源、DLP處理器、輸入接口和變焦式投影鏡頭。本實(shí)用新型具有的有益效果一次檢測(cè)任務(wù)內(nèi)，不需要掃描就能對(duì)ー個(gè)面進(jìn)行完整的檢測(cè)。輸出反映檢測(cè)視野范圍內(nèi)的三維信息，包括平面X Y的坐標(biāo)信息和高度方向Z的坐標(biāo)信息。用顏色反映高度方向的信息，內(nèi)置調(diào)色板確定顏色色階和高度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。輸出的偽彩色圖像可供后續(xù)的處理。 由于無(wú)需相對(duì)運(yùn)動(dòng)就可以進(jìn)行檢測(cè)，處理速度得以提升。僅需要采集ー幀圖像，就可以得到待測(cè)物體的深度方向(Z軸)數(shù)據(jù)

圖I是本實(shí)用新型的系統(tǒng)框圖。圖2是圖I的視覺(jué)傳感器框圖。圖3是3Dエ業(yè)攝像機(jī)的示意圖。圖4是圖3的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1 PCエ控機(jī)或其他數(shù)據(jù)處理裝置、2 3Dエ業(yè)攝像機(jī)、21圖像采集及處理單元、22 CXD前端處理器、23 CCD感光元件、24 C Mount鏡頭接ロ、25正弦亮度分布圖像發(fā)生器、26圖像投影裝置、3被檢測(cè)對(duì)象、4數(shù)據(jù)傳輸接ロ、5鏡頭、6相機(jī)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)ー步說(shuō)明。系統(tǒng)包括(如圖I所示):被檢測(cè)對(duì)象3、3Dエ業(yè)攝像機(jī)(視覺(jué)傳感器)2、數(shù)據(jù)傳輸接 ロ 4、PCエ控機(jī)或其他數(shù)據(jù)處理裝置I。工作過(guò)程由視覺(jué)傳感器的編碼器產(chǎn)生的正弦灰度條紋經(jīng)過(guò)投影裝置(如投影儀)投射到物體表面,相機(jī)對(duì)物體拍照并輸出連續(xù)的圖像經(jīng)過(guò)數(shù)字傳輸接ロ發(fā)送到PCエ控機(jī)或者其他數(shù)據(jù)處理裝置。3D機(jī)器視覺(jué)傳感器包括(如圖2所示)圖像采集及處理單元21、CXD前端處理器 22、CXD感光元件23、C Mount鏡頭接ロ 24、正弦亮度分布圖像發(fā)生器25、圖像投影裝置 26。工作過(guò)程3D機(jī)器視覺(jué)傳感器的工作過(guò)程外圍系統(tǒng)輸出控制信號(hào)給到3D視覺(jué)傳感器， 觸發(fā)視覺(jué)傳感器工作；視覺(jué)傳感器在被觸發(fā)之后，投射正弦亮度分布條紋到被測(cè)物體表面，并對(duì)物體進(jìn)行拍照；經(jīng)過(guò)3D視覺(jué)傳感器內(nèi)置的處理系統(tǒng)對(duì)拍攝的圖像進(jìn)行處理，生成含有高度信息的偽彩色圖像；3D視覺(jué)傳感器通過(guò)數(shù)字接ロ輸出偽彩色圖像；外圍系統(tǒng)通過(guò)查詢，當(dāng)3D機(jī)器視覺(jué)傳感器準(zhǔn)備好偽彩色圖像后，按照通信協(xié)議發(fā)出傳輸指令，通知
43D視覺(jué)傳感器輸出偽彩色圖像；3D視覺(jué)傳感器接受到傳輸指令后，朝數(shù)字通信接ロ發(fā)送偽彩色圖像數(shù)據(jù)；外圍系統(tǒng)在接收到完整的一幀圖像后，啟動(dòng)測(cè)量或檢測(cè)軟件模塊對(duì)其進(jìn)行必要的處理。如此就完成了 3D視覺(jué)傳感器的整個(gè)工作過(guò)程。工作原理如下將正弦型亮度分布的黒白投影圖像通過(guò)圖像發(fā)生器以及投影裝置投射到待測(cè)物體表面，該投影裝置主要采用微型投影模塊(包括三色LED光源、DLP處理技術(shù)、輸入接ロ、 變焦式投影輸出等)。CCD圖像采集系統(tǒng)(包含CCD感光元件、前端處理器和輸出接ロ等)對(duì)物體表面進(jìn)行拍照，獲得的ニ維圖像包含了待測(cè)物體表面的灰度圖像和輪廓，經(jīng)過(guò)圖像采集及處理單元進(jìn)行采集，并經(jīng)過(guò)處理，獲得物體表面的輪廓數(shù)據(jù)。其處理過(guò)程包括對(duì)采集到的黑白圖像的相位信息反解出相位值，此相位值中隱含著物體的形貌信息。獲得相位差之后，再進(jìn)ー步獲得投射光線的投影角，通過(guò)投影角和高度信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到每ー個(gè)像素的三維信息，即行(X)、列(Y)坐標(biāo)，還有高度(Z坐標(biāo))。視野范圍內(nèi)的所有含有三維信息的像素構(gòu)成待測(cè)物體的輪廓點(diǎn)云。高度信息通過(guò)調(diào)色板規(guī)定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以轉(zhuǎn)化成色階， 由RGB分量表示，它決定了點(diǎn)云中單個(gè)像素的顏色色階。綜合了行列信息(XY)和顔色信息 (RGB)的像素集合構(gòu)成了一幅Bitmap圖，加上頭文件和結(jié)尾標(biāo)識(shí)之后就可以構(gòu)成不同的彩色圖像格式。彩色圖像經(jīng)過(guò)數(shù)字式的傳輸接ロ連接到后續(xù)的處理裝置，從而完成3D測(cè)量或檢測(cè)。
權(quán)利要求1.ー種3D機(jī)器視覺(jué)傳感器，其特征是將編碼器、投影裝置、相機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸接ロ、后續(xù)處理裝置集成在一個(gè)產(chǎn)品里，最后輸出蘊(yùn)含三維信息的彩色圖像信號(hào)；其中工作外圍系統(tǒng)包括外圍被檢測(cè)對(duì)象、3D機(jī)器視覺(jué)傳感器、數(shù)據(jù)傳輸接ロ、PCエ控機(jī)或其他數(shù)據(jù)處理裝置，其中3D機(jī)器視覺(jué)傳感器包括條紋圖像投射単元和CCD相機(jī)単元，其中條紋圖像投射單元將正弦亮度分布條紋投射到被檢測(cè)對(duì)象表面，CCD相機(jī)單元將檢測(cè)對(duì)象表面的圖像經(jīng)過(guò)處理后連續(xù)輸出，并經(jīng)數(shù)字傳輸接ロ發(fā)送到PCエ控機(jī)。
2.如權(quán)利要求I所述的3D機(jī)器視覺(jué)傳感器，其特征是所述的條紋圖像投射単元包括正弦亮度分布圖像發(fā)生器和圖像投影裝置，其中正弦亮度分布圖像發(fā)生器與圖像投影裝置連接；相機(jī)単元包括圖像采集及處理單元、CXD前端處理器、CXD感光元件和C Mount鏡頭接 ロ，其中圖像采集及處理單元經(jīng)CXD前端處理器、CXD感光元件與C Mount鏡頭接ロ連接， 圖像采集及處理單元還分別與正弦亮度分布圖像發(fā)生器和數(shù)據(jù)傳輸接ロ連接。
3.如權(quán)利要求2所述的3D機(jī)器視覺(jué)傳感器，其特征是所述的正弦亮度分布圖像投影裝置包括三色LED光源、DLP處理器、輸入接口和變焦式投影鏡頭。
專利摘要一種3D機(jī)器視覺(jué)傳感器，將編碼器、投影裝置、相機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸接口、后續(xù)處理裝置集成在一個(gè)產(chǎn)品里，最后輸出蘊(yùn)含三維信息的彩色圖像信號(hào)；其中工作外圍系統(tǒng)包括外圍被檢測(cè)對(duì)象、3D機(jī)器視覺(jué)傳感器、數(shù)據(jù)傳輸接口、PC工控機(jī)或其他數(shù)據(jù)處理裝置，其中3D機(jī)器視覺(jué)傳感器包括條紋圖像投射單元和CCD相機(jī)單元，其中條紋圖像投射單元將正弦亮度分布條紋投射到被檢測(cè)對(duì)象表面，CCD相機(jī)單元將檢測(cè)對(duì)象表面的圖像經(jīng)過(guò)處理后連續(xù)輸出，并經(jīng)數(shù)字傳輸接口發(fā)送到PC工控機(jī)或其他數(shù)據(jù)處理裝置。
文檔編號(hào)H04N15/00GK202340288SQ20112034484
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2011年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月15日
發(fā)明者丁少華, 李克天, 歐陽(yáng)祥波, 陳健 申請(qǐng)人:丁少華