专利名称：一种用于内窥的多模式结构光投射装置的制作方法
技术领域：
一种用于内窥的多模式结构光投射装置(-)技术领域[0001 ] 本实用新型涉及内窥三维测量领域，具体涉及一种可以用于内窥管道或长孔内部表面三维信息的结构光投影装置。背景技术：
[0002]内窥镜一般用于管道或长孔的内部的检查。传统内窥检查大都通过光源照射被测物表面，在被测物被照亮时，内部图像由图像传感器上的透镜系统形成，并且图像被传递到诸如显示屏等连接的显示器。此类系统通常用于检查不可触及位置的损坏或磨损，或者验证部件已正确制造或组装。除此之外，需要获得尺寸测量以验证损坏或磨损未超过操作限制或者制造的部件或装配件符合其规范。可能也需要产生用于与参考比较的3D模型或表面图、3D观察、逆向工程或详细的表面分析。[0003]传统的内窥技术不能满足越来越高的内窥表面三维测量需要，需要产生可靠且易于使用的系统的方式来解决这些难题。结构光技术由于其主动测量原理，采样密度可调，测量精度高等优点被广泛应用于逆向工程、考古、医学、服饰、人体测量等需要恢复物体的三维形状的领域中。[0004]现在有很多已知的通过探头提供3D数据的方法，包括分割视图获得立体图像，投射单点，单线获得单一图像 轮廓。立体方法能够用于创建3D视图，但是只能提供图像上两点能够发生关联处的信息。当存在微小表面细节时这就会产生问题。三维信息的确定过程也需要大量的处理，所以产生一个完整的3D表面图耗时良久。更典型的是仅仅关联基本测量所需的很少的点。单点的投射图案可以得到该点处的测量。但是，该点以外的区域需要通过插值获得三维信息，如此在采样点之间的表面变化由于插值而消失。最后，单线轮廓提供沿该单一轮廓的有用信息，但是难以正确定位关注目标上的单线，并且当表面不平或者视图不垂直于表面时需要非共线点的测量易于产生错误。由于尺寸限制，这种通常使用在商业系统中以构建3D表面图的单一轮廓线扫描，在小探头中一般是不实用的。[0005]所以，期望提供一种实用的内窥结构光投射装置，其能够基于相移分析进行测量和3D表面绘图。
发明内容[0006]本实用新型的目的在于提供一种可解决现有内窥三维测量技术中的困难，提出了一种可控光强，大幅提高内窥表面的三维图像获取速度及精度，可以进行多种类型结构光模式投射，适用于内窥的用于内窥的多模式结构光投射装置。[0007]本实用新型的目的是这样实现的它包括光源供电系统I、导线2、半导体基板3、 LED线阵4、耦合系统5、光纤束7和投射光学系统8，LED线阵4设置在半导体基板3上，LED 线阵4是由LED点10组成的线阵，光源供电系统I通过导线2与半导体基板3连接，可变的光强通过耦合系统5进入光纤束7，在远端经过耦合系统5进入投射光学系统8，通过投射光学系统8，拓展成长条状光条纹，投射到被测物的表面。[0008]本实用新型还有这样一些技术特征[0009]I、所述的光纤束7由光纤6组成，根据LED点的数量确定光纤6的数量组成光纤束7 ;[0010]2、所述的LED线阵4是由LED点组成的线阵，数量为2的指数倍或由相移结构光编码周期决定的数量，每一个LED点对应两个耦合系统5、一根光纤6和独立的投影光学系统8 ;[0011]3、所述的LED线阵4上下两侧分别额外对称排列一个LED点，每个LED点对应两个率禹合系统5、一根光纤6和独立的投影光学系统8。[0012]本实用新型解决了现有内窥三维测量技术中的困难，提出了一种可控光强，大幅提高内窥表面的三维图像获取速度及精度，可以进行多种类型结构光模式投射，适用于内窥的投射源，具有重要的工程实用价值。

[0013]图I为本实用新型的结构示意图；[0014]图2为以18个LED点说明半导体基板上LED的排列示意图；[0015]图3为具体实施方式
一所示的格雷码编码图示。
具体实施方式
[0016]
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步的说明[0017]实施例一[0018]本实施例包括光源供电系统I、导线2、半导体基板3、LED线阵4、稱合系统5、光纤束7、投射光学系统8、LED点一 9和LED点二 10，在半导体基板3上通过掺杂渗透加工成 LED线阵4，LED线阵4是由多个LED点沿直线排列构成的。光源供电系统I通过导线2与半导体基板3连接，提供LED线阵4及LED点一 9释放光强的电能，同时根据电源供电系统输出电流的大小，改变LED线阵4及LED点一 9释放光强的强弱程度；可变的光强通过耦合系统5进入光纤6,根据LED的数量确定光纤6的数量组成光纤束7,在远端经过稱合5统进入投射光学系统8，进过投射光学系统8，拓展成长条状光条纹，投射到被测物的表面，以供条纹成像系统成像。LED线阵4是由多个LED点组成的线阵，数量为2的指数倍，或者由相移结构光编码周期决定的数量。每一个LED点二 10对应两个稱合系统5, —根光纤6 和独立的投影光学系统8 ；LED线阵4上下两侧分别额外对称排列一个LED点一 9，每个LED 点9 一对应两个稱合系统5, —根光纤6和独立的投影光学系统8。[0019]结合图2和图3说明本实施例，本实施例由光源供电系统I通过导线2与半导体基板3连接，提供LED线阵4释放光强的电能，同时根据电源供电系统输出电流的大小，改变LED线阵4释放光强的强弱程度；可变的光强通过耦合系统5进入光纤6，根据LED的数量确定光纤6的数量组成光纤束7，在远端经过耦合5统进入投射光学系统8，进过投射光学系统8，拓展成长条状光条纹，形成图3所示的4位格雷码编码结构光条纹，投射到被测物的表面，以供条纹成像系统成像。[0020]实施例二 [0021]本实施例基本结构同实施例一，不同在于由第一幅实现投影图案对被测物的对准及调焦，由第十一幅至第十三幅光栅是透射光强呈等边三角形变化的透射光栅实现最多为三周期编码的多周期三角形相移编码结构光投影图案的投射，通过步进电机控制系统控制步进电机，实现斜齿轮的顺时针方向旋转和逆时针方向旋转，控制齿条的水平往复移动，将所需光栅移动到卤素冷光源和光源准直光学系统组成的照明系统和光栅投影光学系统之间，且可以控制同同一幅相移光栅I/η周期移动，以实现η步相移投影图案的投射。[0022]实施例三[0023]结合图2,本实施例基本结构同实施例一,不同在于本实施例由光源供电系统I通过导线2与半导体基板3连接，提供LED点一 9释放光强的电能，LED点一 9释放光强的强弱程度；可变的光强通过耦合系统5进入光纤6，在远端经过耦合5统进入投射光学系统8， 形成单点结构光，投射到被测物的表面，以供成像系统成像。[0024]实施例四[0025]结合图2,本实施例基本结构同实施例一,不同在于本实施例由光源供电系统I通过导线2与半导体基板3连接，提供LED线阵4释放光强的电能，同时根据电源供电系统输出电流的大小，改变LED线阵4释放光强的强弱程度；可变的光强通过耦合系统5进入光纤 6，根据LED的数量确定光纤6的数量组成光纤束7，在远端经过耦合5统进入投射光学系统8，进过投射光学系统8，拓展成长条状光条纹，形成三步相移编码结构光条纹，投射到被测物的表面，以供条纹成像系统成像。[0026]实施例五[0027]结合图2、图3,本实施例基本结构同实施例一,不同在于本实施例由光源供电系统I通过导线2与半导体基板3连接，提供LED线阵4释放光强的电能，同时根据电源供电系统输出电流的大小，改变LED线阵4释放光强的强弱程度；可变的光强通过耦合系统5 进入光纤6，根据LED的数量确定光纤6的数量组成光纤束7，在远端经过耦合5统进入投射光学系统8，进过投射光学系统8，拓展成长条状光条纹，形成图3所示的4位格雷码编码结构光条纹和三步相移编码结构光条纹，两种编码组合构成采样精度更高的时间相移编码结构光条纹，投射到被测物的表面，以供条纹成像系统成像。[0028]现有工艺水平完全可以满足本实用新型所需的光栅、机械装置和电气设备的生产加工要求。权利要求1.一种用于内窥的多模式结构光投射装置，其特征在于它包括光源供电系统、导线、半导体基板、LED线阵、耦合系统、光纤束和投射光学系统，LED线阵设置在半导体基板上，LED 线阵是由LED点组成的线阵，光源供电系统通过导线与半导体基板连接，可变的光强通过耦合系统进入光纤束，在远端经过耦合系统进入投射光学系统，通过投射光学系统，拓展成长条状光条纹，投射到被测物的表面。
2.根据权利要求I所述的一种用于内窥的多模式结构光投射装置，其特征在于所述的光纤束由光纤组成，根据LED点的数量确定光纤的数量组成光纤束。
3.根据权利要求2所述的一种用于内窥的多模式结构光投射装置，其特征在于所述的 LED线阵是由LED点组成的线阵，数量为2的指数倍或由相移结构光编码周期决定的数量， 每一个LED点对应两个耦合系统、一根光纤和投影光学系统。
4.根据权利要求3所述的一种用于内窥的多模式结构光投射装置，其特征在于所述的 LED线阵上下两侧分别额外对称排列一个LED点，每个LED点对应两个耦合系统、一根光纤和投影光学系统。
专利摘要本实用新型提供了一种用于内窥的多模式结构光投射装置。它包括光源供电系统、导线、半导体基板、LED线阵、耦合系统、光纤束和投射光学系统，LED线阵设置在半导体基板上，光源供电系统通过导线与半导体基板连接，可变的光强通过耦合系统进入光纤束，在远端经过耦合系统进入投射光学系统，通过投射光学系统，拓展成长条状光条纹，投射到被测物的表面。本实用新型可解决现有内窥三维测量技术中的困难，提出了一种可控光强，大幅提高内窥表面的三维图像获取速度及精度，可以进行多种类型结构光模式投射，适用于内窥的多模式结构光投射装置。
文档编号G01B11/25GK202748013SQ201220405709
公开日2013年2月20日 申请日期2012年8月16日 优先权日2012年8月16日
发明者于晓洋, 王洋, 于双, 吴海滨, 于舒春, 陈德运 申请人:哈尔滨理工大学