[發明專利]基于數字微鏡器件的主動式高速三維視覺裝置

在審

• 申請號: 201711104718.5
• 申請日: 2017-11-10
• 公開（公告）號: CN107830817A
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 劉一清;孫仲健
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25;G01S13/08
• 代理公司: 上海藍迪專利商標事務所(普通合伙)31215
• 代理人: 徐筱梅,張翔

技術領域

本發明涉及雷達探測三維重建領域及電子技術領域，尤其涉及數字微鏡器件在三維信息采集方面應用和雷達在探測方面應用的一種基于數字微鏡器件的主動式高速三維視覺裝置，該裝置可用于大范圍的主動高速三維信息數據獲取,其中，使用數字微鏡，無需其他光源，主動投射圖案到待測物體上；使用雷達，可以主動探測物體所在，并旋轉設備，進行采集。

背景技術

人們生活在三維世界中，為了能更好的表達客觀世界，三維視覺技術變的很重要。在需要跟蹤捕獲大范圍內的動態物體的三維信息時，需要能自動定位待測物體的裝置跟蹤待測物體，以及很高的光柵圖案投射速度、圖像捕獲和處理速度。

傳統的三維視覺裝置是通過固定的LCD投影儀投射一系列的光柵圖案到待測物體表面，然后通過攝像頭拍攝圖片，上傳至PC機進行處理和顯示。而傳統的LCD投影儀刷新速率只有30-60fps，投影和采集速度很慢，且設備固定，只能進行一個固定距離的掃描，采集范圍小。此外，攝像頭采集圖片需要使用PC機進行處理和顯示，設備笨重，不便攜。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足而提供的一種基于數字微鏡器件的主動式高速三維視覺裝置，首先通過雷達定位和電機驅動可以大大擴展三維視覺系統的采集范圍，再通過數字微鏡實現對空間光的快速調制，能夠快速產生一系列的光柵圖案，同時通過攝像頭快速采集下來，交由嵌入式微處理器進行三維信息恢復提取，最后上傳至上位機進行顯示。具有操作簡單、采集范圍大、采集處理速度快、設備小巧易攜，顯示存儲方便等特點。

實現本發明目的的具體技術方案是：

一種基于數字微鏡器件的主動式高速三維視覺裝置，其特征在于該裝置包括：PC機、控制電路、數據處理模塊、雷達、電機、數字微鏡模塊、攝像頭，所述PC機與控制電路連接；控制電路分別與雷達、電機、數字微鏡模塊、攝像頭連接；電機分別與數字微鏡模塊、攝像頭連接；數字微鏡模塊與攝像頭連接；攝像頭與數據處理模塊連接；其中：

所述控制電路包括FPGA、4核Cortex-A9處理器、AS接口、USB接口、LED、按鍵及UART接口,所述FPGA分別與AS接口、4核Cortex-A9處理器連接；4核Cortex-A9處理器分別與USB接口、LED、按鍵及UART接口連接；

所述數據處理模塊包括4核Cortex-A9處理器、USB接口、DDR3、MIPI接口及eMMC,所述4核Cortex-A9處理器分別與USB接口、DDR3、MIPI接口及eMMC連接；

所述數字微鏡模塊包括光源、勻光光棒、棱鏡透鏡組、數字微鏡器件、透鏡陣列，所述光源與勻光光棒連接；勻光光棒與棱鏡透鏡組連接；棱鏡透鏡組與數字微鏡器件連接；數字微鏡器件與透鏡陣列連接。

本發明裝置實現主動式高速三維視覺功能包括以下具體步驟：

步驟1：PC機控制雷達探測物體

?。㏄C機通過控制電路使雷達開始工作；

ⅱ）雷達將探測到的待測物體距離信息返回控制電路

步驟2：控制電路驅動電機轉動數字微鏡模塊和攝像頭

ⅰ）控制電路驅動電機調整數字微鏡模塊和攝像頭焦距，使其聚焦到待測物體；

步驟3：控制光源照射到數字微鏡器件上

ⅰ）控制電路打開光源開關；

ⅱ）照射光通過勻光光棒，使點光源展寬為面光源；

ⅲ）照射光通過棱鏡透鏡組，使照射光面符合數字微鏡器件大??；

步驟4：控制電路控制數字微鏡器件對空間光進行調制并照射到待測物體上

?。┛刂齐娐房刂茢底治㈢R器件每個鏡子的旋轉角度，使其呈現出“打開”或者“關斷”狀態，控制空間光的形狀、區域，完成對空間光的調制，連續高速產生一系列光柵圖案；

ⅱ）調制后的空間光經過透鏡陣列，均勻準確地照射在待測物體表面上；

步驟5：控制電路控制攝像頭采集待測物體的圖像數據并在數據處理模塊中進行處理

?。┛刂齐娐房刂茢z像頭，在每次數字微鏡器件產生的光柵圖案照射待測物體上后，立即采集待測物體的圖像數據并存儲在eMMC存儲器中；

ⅱ）在一系列光柵圖案照射下的待測物體圖片采集完畢后，4核Cortex-A9處理器對圖片進行二值化、結構光解碼、畸變量提取等操作；

步驟6：控制電路控制4核Cortex-A9處理器將處理結果存儲至eMMC存儲器或發送至PC機進行顯示