[發(fā)明專利]一種大景深可編程模擬光柵生成方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611115894.4
• 申請(qǐng)日: 2016-12-07
• 公開（公告）號(hào): CN106705889B
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊濤;金瑞;李泉;劉濤;馬力;黃軍旗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安知象光電科技有限公司
• 主分類號(hào): G01B11/25
• 分類號(hào): G01B11/25
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發(fā)明公開了一種大景深可編程模擬光柵生成方法，激光器發(fā)出的激光光束，經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡聚焦和準(zhǔn)直之后，得到了滿足要求的準(zhǔn)直高斯激光光束；激光光束經(jīng)過一次鏡面反射，穿過圓孔光闌入射到MEMS振鏡；光束經(jīng)過MEMS振鏡反射到被測(cè)物體表面；激光器在驅(qū)動(dòng)板生成的正弦電流信號(hào)的控制下，對(duì)激光光束的亮度進(jìn)行正弦調(diào)制；MEMS振鏡在驅(qū)動(dòng)板生成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)激勵(lì)下，做二維的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)激光光束進(jìn)行掃描，產(chǎn)生光柵圖。改變激光器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的周期和相位，以得到不同周期和相位的光柵圖。本發(fā)明產(chǎn)生的光柵，兼具數(shù)字光柵可編程優(yōu)勢(shì)以及物理光柵高分辨率的優(yōu)勢(shì)。此外，所產(chǎn)生的光柵的景深擴(kuò)大了10倍以上，測(cè)量范圍得到了大幅度的提升。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于光學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域，涉及一種光柵的產(chǎn)生方法，特別是一種大景深可編程模擬光柵的生成方法。

背景技術(shù)：

三維測(cè)量技術(shù)作為溝通現(xiàn)實(shí)世界和虛擬的數(shù)字世界的橋梁，其重要作用越來越凸顯。被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)、醫(yī)療健康、數(shù)字娛樂、電子商務(wù)、文物保護(hù)等諸多行業(yè)。光學(xué)三維測(cè)量由于具有非接觸、精度高、速度快的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)發(fā)展成為三維檢測(cè)領(lǐng)域最重要的技術(shù)。光學(xué)三維測(cè)量又可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種。被動(dòng)式測(cè)量方法以立體視覺為代表。但立體視覺技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但存在著“匹配難”的瓶頸，而且運(yùn)算量巨大，魯棒性差的缺點(diǎn)。主動(dòng)三維測(cè)量技術(shù)包括飛行時(shí)間法、結(jié)構(gòu)光投影法、干涉法等。其中，由于結(jié)構(gòu)光投影法系統(tǒng)簡(jiǎn)便，成本比較低，而且精度較高，因此應(yīng)用最為廣泛。

結(jié)構(gòu)光投影法，通常向被測(cè)物體表面投影特定的編碼光，利用相機(jī)拍攝編碼光在物體表面的調(diào)制信號(hào)，在進(jìn)一步解調(diào)得到和深度信息有關(guān)的調(diào)制信號(hào)，最后經(jīng)過標(biāo)定得到物體表面的三維形貌。投射的編碼光通常包括：正余弦光柵圖，格雷碼，顏色編碼，隨機(jī)形狀編碼等。其中正余弦光柵圖投影測(cè)量法由于是相位測(cè)量法，精度較高、魯棒性好，最為常用。在投射方式上，早期主要通過在玻璃等材質(zhì)上刻蝕來產(chǎn)生投影圖案，如羅奇光柵。隨著半導(dǎo)體工業(yè)的飛速發(fā)展，20世紀(jì)90年代先后出現(xiàn)了多種數(shù)字化投影器件，如數(shù)字光投影測(cè)量技術(shù)包括LCD(Liquid Crystal Display)技術(shù)，DLP(Digital Light Processing)技術(shù)和LCOS(Liquid Crystal On Silicon)技術(shù)。數(shù)字光技術(shù)向物體表面投射的經(jīng)過數(shù)字化的信號(hào)，因此具有信號(hào)可編程的優(yōu)勢(shì)，這種優(yōu)勢(shì)使得時(shí)域去包裹技術(shù)成為可能，并能通過向物體表面投影不同的編碼信號(hào)來提高測(cè)量精度。數(shù)字光技術(shù)的缺點(diǎn)在于存在分辨率的限制，通常分辨率在1280x800的水平，高分辨率的數(shù)字投影芯片的價(jià)格非常的昂貴。通過物理光柵向物體表面投影的則是模擬信號(hào)，即連續(xù)信號(hào)，因此分辨率很高(可認(rèn)為是無限大的分辨率)。但物理光柵的缺點(diǎn)在于投影圖案固定，使用不靈活。此外，無論數(shù)字光投影技術(shù)還是物理光柵投影的模擬圖案，都是對(duì)底片的呈像，是一種成像關(guān)系，因此都存在著景深的限制。大大限制了三維測(cè)量的范圍。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于提供一種大景深可編程的模擬光柵產(chǎn)生方法。該方法以激光光束作為光源，通過二維MEMS掃描振鏡反射到被測(cè)物體表面，二維MEMS掃描振鏡在快慢兩個(gè)方向的驅(qū)動(dòng)電流激勵(lì)下進(jìn)行二維掃描。同時(shí)，激光器的光強(qiáng)被正弦(或余弦)調(diào)制。從而在被測(cè)物的表面形成連續(xù)分布的正(或余弦)弦光場(chǎng)。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的：

一種大景深可編程模擬光柵生成方法，按照如下步驟：激光器發(fā)出的激光光束，經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡聚焦和準(zhǔn)直之后，得到了滿足要求的準(zhǔn)直高斯激光光束；激光光束經(jīng)過一次鏡面反射，穿過圓孔光闌入射到MEMS振鏡；光束經(jīng)過MEMS振鏡反射到被測(cè)物體表面；激光器在驅(qū)動(dòng)板生成的正弦電流信號(hào)的控制下，對(duì)激光光束的亮度進(jìn)行正弦調(diào)制；MEMS振鏡在驅(qū)動(dòng)板生成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)激勵(lì)下，做二維的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)激光光束進(jìn)行掃描，產(chǎn)生光柵圖。

具體步驟如下：