三維成像系統和三維成像方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光學技術領域，具體涉及一種三維成像系統和三維成像方法。
【背景技術】
[0002]三維成像系統廣泛用于模具設計、工業測量等領域。目前廣泛采用的結構光方法(Structured Light)是一種主動式光學測量技術，其基本原理是由結構光投射裝置向被測物體表面投射可控制的光點、光條或光面結構，并由圖像獲取裝置(如攝像機)獲得圖像，通過系統幾何關系，利用三角原理計算得到物體的三維坐標，即結構光三維成像過程包含兩步，首先獲取物體被結構光條紋調制的二維圖像，然后再從包含變形條紋的二維像中通過數字重建方法得到物體的三維點云數據。結構光測量方法具有計算簡單、體積小、價格低、大量程、便于安裝和維護的特點，結構光三維成像技術已被深入研究和廣泛應用，特別是在實際三維輪廓測量中應用更為廣泛。
[0003]但是，結構光三維成像系統沒有光學變焦系統，存在隨著距離增加，深度分辨率會逐漸降低，這極大限制了結構光三維成像系統在遠距離成像中的應用。
【發明內容】
[0004]有鑒于此，本發明提出一種三維成像系統和三維成像方法，可以將光學變焦引入三維成像系統，從而可以根據成像對象的距離調整成像區域，在成像對象較遠時仍能以高分辨率獲取圖像，提高三維成像的精確度。
[0005]第一方面，提供一種三維成像系統，包括:
[0006]投影裝置，具有第一變焦鏡頭，用于向成像對象投射結構光圖案；
[0007]圖像獲取裝置，具有第二變焦鏡頭，用于獲取投射有所述結構光圖案的成像對象的圖像；
[0008]控制裝置，用于根據所述圖像獲取裝置獲取的第一圖像檢測結構光圖案的邊界，并調節所述第二變焦鏡頭的光學參數以使得所述圖像獲取裝置的成像區域與所述結構光圖案邊界滿足預定關系并獲取第二圖像，根據所述第二圖像計算獲取所述成像對象的三維點云數據。
[0009]優選地，所述控制裝置控制所述第二變焦鏡頭的光學參數以使得所述圖像獲取裝置的成像區域的邊界與所述結構光圖案的邊界重合。
[0010]優選地，所述第一變焦鏡頭包括第一鏡頭組和第一伺服電機；
[0011]所述第二變焦鏡頭包括第二鏡頭組和第二伺服電機。
[0012]優選地，所述控制裝置通過控制所述第二變焦鏡頭的焦距來調整所述圖像獲取裝置的成像區域。
[0013]第二方面，提供一種三維成像方法，包括:
[0014]向成像對象投射預定尺寸的結構光圖案；
[0015]獲取第一圖像，并根據所述第一圖像檢測所述結構光圖案的邊界；
[0016]調整圖像獲取裝置光學成像參數，使得所述圖像獲取裝置的成像區域與所述結構光圖案滿足預定關系；
[0017]獲取投射有所述結構光圖案的成像對象的第二圖像；
[0018]根據所述第二圖像計算獲取所述成像對象的三維點云數據。
[0019]優選地，調整圖像獲取裝置光學成像參數，使得所述圖像獲取裝置的成像區域與所述結構光圖案滿足預定關系包括:
[0020]控制所述圖像獲取裝置以使得所述圖像獲取裝置的成像區域的邊界與所述結構光圖案的邊界重合。
[0021 ]優選地，調整圖像獲取裝置光學成像參數包括:
[0022]調節所述圖像獲取裝置的變焦鏡頭的焦距。
[0023]通過在三維成像系統中引入變焦鏡頭，通過投影部分的變焦鏡頭來調節投影單元的投射視場和投影距離，通過圖像獲取部分的變焦鏡頭來調節其拍攝視場和光學放大倍數，從而實現了對物體的自動變焦結構光成像，克服了傳統裝置隨著距離增加深度分辨率降低的缺陷，增大了結構光成像的作用距離，提高了三維成像的精確度。
【附圖說明】
[0024]通過以下參照附圖對本發明實施例的描述，本發明的上述以及其它目的、特征和優點將更為清楚，在附圖中:
[0025]圖1是本發明實施例的三維成像系統的示意圖；
[0026]圖2a_圖2b是本發明實施例的三維成像系統的工作原理示意圖；
[0027]圖3是本發明實施例的三維成像方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0028]以下基于實施例對本發明進行描述，但是本發明并不僅僅限于這些實施例。在下文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本發明。為了避免混淆本發明的實質，公知的方法、過程、流程、元件和電路并沒有詳細敘述。
[0029]此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。
[0030]除非上下文明確要求，否則整個說明書和權利要求書中的“包括”、“包含”等類似詞語應當解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義;也就是說，是“包括但不限于”的含義。
[0031 ]在本發明的描述中，需要理解的是，術語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
[0032]圖1是本發明實施例的三維成像系統的示意圖。
[0033]如圖1所示，三維成像系統包括投影裝置1、圖像獲取裝置2和控制裝置3。
[0034]其中，投影裝置1包括投影儀11、第一變焦鏡頭12，投影裝置1用于根據用戶設定的大小向成像對象投射結構光圖案。
[0035]所述結構光圖案可以為點陣圖案或條紋圖案或其它現有的適于進行光學三維成像的結構光圖案。
[0036]具體地，第一變焦鏡頭12可以包括第一鏡頭組12a和第一伺服電機12b。第一伺服電機12b用于根據控制改變第一鏡頭組12a的鏡片相對位置關系以改變其焦距，調整投影的大小。
[0037]圖像獲取裝置2包括圖像傳感器21、第二變焦鏡頭22。圖像獲取裝置2用于獲取投射有所述結構光圖案的成像對象的圖像。
[0038]控制裝置3與圖像獲取裝置2連接，用于根據所述圖像獲取裝置2獲取的第一圖像檢測結構光圖案的邊界，并調節所述第二變焦鏡頭22的光學參數以使得所述圖像獲取裝置的成像區域與所述結構光圖案邊界滿足預定關系并獲取第二圖像，根據所述第二圖像計算獲取所述成像對象的三維點云數據。
[0039]其中，所述第一圖像可以為圖像獲取裝置基于變焦鏡頭的初始設置獲取的動態影像或靜態圖像文件或通過圖像傳感器讀出到內存中的中間圖像數據等。第二圖像為用于進行三維點云計算的圖像文件。
[0040]在圖1中，控制裝置3還可選地與投影裝置1連接，控制裝置3可以通過通信連接向投影裝置1提供投影結構光圖案所需的數據。可選地，控制裝置3也可以用于接收用戶指令對第一變焦鏡頭12進行控制。
[0041]其中，第二變焦鏡頭22可以包括第二鏡頭組22a和第二伺服電機22b。第二伺服電機22b用于根據控制改變第二鏡頭組22a的鏡片相對位置關系以改變其焦距和放大倍數以調整