專利名稱：一種用于內窺的多模式結構光投射裝置的制作方法
技術領域：
一種用于內窺的多模式結構光投射裝置(-)技術領域[0001 ] 本實用新型涉及內窺三維測量領域，具體涉及一種可以用于內窺管道或長孔內部表面三維信息的結構光投影裝置。背景技術：
[0002]內窺鏡一般用于管道或長孔的內部的檢查。傳統(tǒng)內窺檢查大都通過光源照射被測物表面，在被測物被照亮時，內部圖像由圖像傳感器上的透鏡系統(tǒng)形成，并且圖像被傳遞到諸如顯示屏等連接的顯示器。此類系統(tǒng)通常用于檢查不可觸及位置的損壞或磨損，或者驗證部件已正確制造或組裝。除此之外，需要獲得尺寸測量以驗證損壞或磨損未超過操作限制或者制造的部件或裝配件符合其規(guī)范?？赡芤残枰a生用于與參考比較的3D模型或表面圖、3D觀察、逆向工程或詳細的表面分析。[0003]傳統(tǒng)的內窺技術不能滿足越來越高的內窺表面三維測量需要，需要產生可靠且易于使用的系統(tǒng)的方式來解決這些難題。結構光技術由于其主動測量原理，采樣密度可調，測量精度高等優(yōu)點被廣泛應用于逆向工程、考古、醫(yī)學、服飾、人體測量等需要恢復物體的三維形狀的領域中。[0004]現(xiàn)在有很多已知的通過探頭提供3D數(shù)據(jù)的方法，包括分割視圖獲得立體圖像，投射單點，單線獲得單一圖像 輪廓。立體方法能夠用于創(chuàng)建3D視圖，但是只能提供圖像上兩點能夠發(fā)生關聯(lián)處的信息。當存在微小表面細節(jié)時這就會產生問題。三維信息的確定過程也需要大量的處理，所以產生一個完整的3D表面圖耗時良久。更典型的是僅僅關聯(lián)基本測量所需的很少的點。單點的投射圖案可以得到該點處的測量。但是，該點以外的區(qū)域需要通過插值獲得三維信息，如此在采樣點之間的表面變化由于插值而消失。最后，單線輪廓提供沿該單一輪廓的有用信息，但是難以正確定位關注目標上的單線，并且當表面不平或者視圖不垂直于表面時需要非共線點的測量易于產生錯誤。由于尺寸限制，這種通常使用在商業(yè)系統(tǒng)中以構建3D表面圖的單一輪廓線掃描，在小探頭中一般是不實用的。[0005]所以，期望提供一種實用的內窺結構光投射裝置，其能夠基于相移分析進行測量和3D表面繪圖。
發(fā)明內容[0006]本實用新型的目的在于提供一種可解決現(xiàn)有內窺三維測量技術中的困難，提出了一種可控光強，大幅提高內窺表面的三維圖像獲取速度及精度，可以進行多種類型結構光模式投射，適用于內窺的用于內窺的多模式結構光投射裝置。[0007]本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的它包括光源供電系統(tǒng)I、導線2、半導體基板3、 LED線陣4、耦合系統(tǒng)5、光纖束7和投射光學系統(tǒng)8，LED線陣4設置在半導體基板3上，LED 線陣4是由LED點10組成的線陣，光源供電系統(tǒng)I通過導線2與半導體基板3連接，可變的光強通過耦合系統(tǒng)5進入光纖束7，在遠端經(jīng)過耦合系統(tǒng)5進入投射光學系統(tǒng)8，通過投射光學系統(tǒng)8，拓展成長條狀光條紋，投射到被測物的表面。[0008]本實用新型還有這樣一些技術特征[0009]I、所述的光纖束7由光纖6組成，根據(jù)LED點的數(shù)量確定光纖6的數(shù)量組成光纖束7 ;[0010]2、所述的LED線陣4是由LED點組成的線陣，數(shù)量為2的指數(shù)倍或由相移結構光編碼周期決定的數(shù)量，每一個LED點對應兩個耦合系統(tǒng)5、一根光纖6和獨立的投影光學系統(tǒng)8 ;[0011]3、所述的LED線陣4上下兩側分別額外對稱排列一個LED點，每個LED點對應兩個率禹合系統(tǒng)5、一根光纖6和獨立的投影光學系統(tǒng)8。[0012]本實用新型解決了現(xiàn)有內窺三維測量技術中的困難，提出了一種可控光強，大幅提高內窺表面的三維圖像獲取速度及精度，可以進行多種類型結構光模式投射，適用于內窺的投射源，具有重要的工程實用價值。

[0013]圖I為本實用新型的結構示意圖；[0014]圖2為以18個LED點說明半導體基板上LED的排列示意圖；[0015]圖3為具體實施方式
一所示的格雷碼編碼圖示。
具體實施方式
[0016]
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步的說明[0017]實施例一[0018]本實施例包括光源供電系統(tǒng)I、導線2、半導體基板3、LED線陣4、稱合系統(tǒng)5、光纖束7、投射光學系統(tǒng)8、LED點一 9和LED點二 10，在半導體基板3上通過摻雜滲透加工成 LED線陣4，LED線陣4是由多個LED點沿直線排列構成的。光源供電系統(tǒng)I通過導線2與半導體基板3連接，提供LED線陣4及LED點一 9釋放光強的電能，同時根據(jù)電源供電系統(tǒng)輸出電流的大小，改變LED線陣4及LED點一 9釋放光強的強弱程度；可變的光強通過耦合系統(tǒng)5進入光纖6,根據(jù)LED的數(shù)量確定光纖6的數(shù)量組成光纖束7,在遠端經(jīng)過稱合5統(tǒng)進入投射光學系統(tǒng)8，進過投射光學系統(tǒng)8，拓展成長條狀光條紋，投射到被測物的表面，以供條紋成像系統(tǒng)成像。LED線陣4是由多個LED點組成的線陣，數(shù)量為2的指數(shù)倍，或者由相移結構光編碼周期決定的數(shù)量。每一個LED點二 10對應兩個稱合系統(tǒng)5, —根光纖6 和獨立的投影光學系統(tǒng)8 ；LED線陣4上下兩側分別額外對稱排列一個LED點一 9，每個LED 點9 一對應兩個稱合系統(tǒng)5, —根光纖6和獨立的投影光學系統(tǒng)8。[0019]結合圖2和圖3說明本實施例，本實施例由光源供電系統(tǒng)I通過導線2與半導體基板3連接，提供LED線陣4釋放光強的電能，同時根據(jù)電源供電系統(tǒng)輸出電流的大小，改變LED線陣4釋放光強的強弱程度；可變的光強通過耦合系統(tǒng)5進入光纖6，根據(jù)LED的數(shù)量確定光纖6的數(shù)量組成光纖束7，在遠端經(jīng)過耦合5統(tǒng)進入投射光學系統(tǒng)8，進過投射光學系統(tǒng)8，拓展成長條狀光條紋，形成圖3所示的4位格雷碼編碼結構光條紋，投射到被測物的表面，以供條紋成像系統(tǒng)成像。[0020]實施例二 [0021]本實施例基本結構同實施例一，不同在于由第一幅實現(xiàn)投影圖案對被測物的對準及調焦，由第十一幅至第十三幅光柵是透射光強呈等邊三角形變化的透射光柵實現(xiàn)最多為三周期編碼的多周期三角形相移編碼結構光投影圖案的投射，通過步進電機控制系統(tǒng)控制步進電機，實現(xiàn)斜齒輪的順時針方向旋轉和逆時針方向旋轉，控制齒條的水平往復移動，將所需光柵移動到鹵素冷光源和光源準直光學系統(tǒng)組成的照明系統(tǒng)和光柵投影光學系統(tǒng)之間，且可以控制同同一幅相移光柵I/η周期移動，以實現(xiàn)η步相移投影圖案的投射。[0022]實施例三[0023]結合圖2,本實施例基本結構同實施例一,不同在于本實施例由光源供電系統(tǒng)I通過導線2與半導體基板3連接，提供LED點一 9釋放光強的電能，LED點一 9釋放光強的強弱程度；可變的光強通過耦合系統(tǒng)5進入光纖6，在遠端經(jīng)過耦合5統(tǒng)進入投射光學系統(tǒng)8， 形成單點結構光，投射到被測物的表面，以供成像系統(tǒng)成像。[0024]實施例四[0025]結合圖2,本實施例基本結構同實施例一,不同在于本實施例由光源供電系統(tǒng)I通過導線2與半導體基板3連接，提供LED線陣4釋放光強的電能，同時根據(jù)電源供電系統(tǒng)輸出電流的大小，改變LED線陣4釋放光強的強弱程度；可變的光強通過耦合系統(tǒng)5進入光纖 6，根據(jù)LED的數(shù)量確定光纖6的數(shù)量組成光纖束7，在遠端經(jīng)過耦合5統(tǒng)進入投射光學系統(tǒng)8，進過投射光學系統(tǒng)8，拓展成長條狀光條紋，形成三步相移編碼結構光條紋，投射到被測物的表面，以供條紋成像系統(tǒng)成像。[0026]實施例五[0027]結合圖2、圖3,本實施例基本結構同實施例一,不同在于本實施例由光源供電系統(tǒng)I通過導線2與半導體基板3連接，提供LED線陣4釋放光強的電能，同時根據(jù)電源供電系統(tǒng)輸出電流的大小，改變LED線陣4釋放光強的強弱程度；可變的光強通過耦合系統(tǒng)5 進入光纖6，根據(jù)LED的數(shù)量確定光纖6的數(shù)量組成光纖束7，在遠端經(jīng)過耦合5統(tǒng)進入投射光學系統(tǒng)8，進過投射光學系統(tǒng)8，拓展成長條狀光條紋，形成圖3所示的4位格雷碼編碼結構光條紋和三步相移編碼結構光條紋，兩種編碼組合構成采樣精度更高的時間相移編碼結構光條紋，投射到被測物的表面，以供條紋成像系統(tǒng)成像。[0028]現(xiàn)有工藝水平完全可以滿足本實用新型所需的光柵、機械裝置和電氣設備的生產加工要求。權利要求1.一種用于內窺的多模式結構光投射裝置，其特征在于它包括光源供電系統(tǒng)、導線、半導體基板、LED線陣、耦合系統(tǒng)、光纖束和投射光學系統(tǒng)，LED線陣設置在半導體基板上，LED 線陣是由LED點組成的線陣，光源供電系統(tǒng)通過導線與半導體基板連接，可變的光強通過耦合系統(tǒng)進入光纖束，在遠端經(jīng)過耦合系統(tǒng)進入投射光學系統(tǒng)，通過投射光學系統(tǒng)，拓展成長條狀光條紋，投射到被測物的表面。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種用于內窺的多模式結構光投射裝置，其特征在于所述的光纖束由光纖組成，根據(jù)LED點的數(shù)量確定光纖的數(shù)量組成光纖束。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種用于內窺的多模式結構光投射裝置，其特征在于所述的 LED線陣是由LED點組成的線陣，數(shù)量為2的指數(shù)倍或由相移結構光編碼周期決定的數(shù)量， 每一個LED點對應兩個耦合系統(tǒng)、一根光纖和投影光學系統(tǒng)。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種用于內窺的多模式結構光投射裝置，其特征在于所述的 LED線陣上下兩側分別額外對稱排列一個LED點，每個LED點對應兩個耦合系統(tǒng)、一根光纖和投影光學系統(tǒng)。
專利摘要本實用新型提供了一種用于內窺的多模式結構光投射裝置。它包括光源供電系統(tǒng)、導線、半導體基板、LED線陣、耦合系統(tǒng)、光纖束和投射光學系統(tǒng)，LED線陣設置在半導體基板上，光源供電系統(tǒng)通過導線與半導體基板連接，可變的光強通過耦合系統(tǒng)進入光纖束，在遠端經(jīng)過耦合系統(tǒng)進入投射光學系統(tǒng)，通過投射光學系統(tǒng)，拓展成長條狀光條紋，投射到被測物的表面。本實用新型可解決現(xiàn)有內窺三維測量技術中的困難，提出了一種可控光強，大幅提高內窺表面的三維圖像獲取速度及精度，可以進行多種類型結構光模式投射，適用于內窺的多模式結構光投射裝置。
文檔編號G01B11/25GK202748013SQ201220405709
公開日2013年2月20日 申請日期2012年8月16日 優(yōu)先權日2012年8月16日
發(fā)明者于曉洋, 王洋, 于雙, 吳海濱, 于舒春, 陳德運 申請人:哈爾濱理工大學