[發明專利]一種基于微振鏡分光式投影裝置的多線激光三維掃描方法

在審

• 申請號: 201810142145.3
• 申請日: 2018-02-11
• 公開（公告）號: CN108375346A
• 公開（公告）日: 2018-08-07
• 發明（設計）人: 周翔;李東;李歡歡;金瑞;馬力;劉濤;孟強;明向業
• 申請（專利權）人: 西安知象光電科技有限公司
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

1.一種基于微振鏡分光式投影裝置的多線激光三維掃描方法，其特征在于：所述微振鏡分光式投影裝置由激光器、透鏡、微振鏡、組合式分光鏡、激光器控制芯片和微振鏡控制芯片構成；激光器控制芯片控制激光器發出激光光束，通過透鏡將激光光束整合或聚焦，激光光束入射到微振鏡上，激光光束經過微振鏡的反射，通過組合式分光鏡將單個激光光束轉變為多個激光光束，微振鏡在微振鏡控制芯片的控制下，沿快軸方向左右快速擺動，將激光光束形成線激光，線激光經過組合式分光鏡生成多線激光，通過時序算法實現激光器控制芯片與微振鏡控制芯片的協同控制，微振鏡的慢軸控制線激光步進和懸停的時間；系統工作時，微振鏡分光式投影裝置向被測物投影多條線激光，相機同時進行數據采集；采用固定分區法將采集到的多線激光圖像進行分割，確保分割后的每個區域只含有單條線激光；然后通過梯度重心法計算線激光重心矩陣，根據線激光重心矩陣和相機參數，重建出相機的三維點云模型，實現多線激光三維掃描。

2.如權利要求1所述的多線激光三維掃描方法，其特征在于，按照如下步驟：

步驟一，設計系統工作參數，根據線激光的工作距離確定最大工作距離L₂，最小工作距離L₁；景深范圍內ΔL的最大光斑ω_max；線激光步進式移動的行數；設計景深為ΔL，其中ΔL＝L₂-L₁；

步驟二，生成驅動信號，涉及的驅動信號有三種；1)微振鏡快軸驅動信號，這是一種正弦或余弦波形的電流信號，其頻率f_x等于微振鏡快軸方向諧振頻率f，其峰值I_x峰由微振鏡的具體參數確定；2)微振鏡慢軸驅動信號，這是一種梯形電流信號；其頻率為f_y＝f_x/R，其峰值I_y峰由微振鏡的參數確定，線激光步進的行數R；3)激光器的驅動信號，為可調節的恒定的電流；其最高頻率f_LD由其激光光束的特性決定，其峰值和偏置電流均由激光器的特性決定；上述三種驅動信號均為模擬信號；

步驟三，生成有懸停效果的、可移動的多線激光；

步驟四，相機采集多線激光圖像，提取線激光重心，進行三維重建。

3.如權利要求2所述的多線激光三維掃描方法，其特征在于，所述步驟一是：

確定線激光的工作距離的范圍，激光器發出的高斯激光光束經過非球面透鏡后，入射到MEMS掃描微振鏡上，再反射到被測物體表面；高斯光束的聚焦面在L₀處，設計景深為ΔL，其中ΔL＝L₂-L₁；根據ABCD矩陣計算可得激光光束在穿過透鏡后的光斑大小，最大工作距離L₂處光斑大小ω₂，最小工作距離L₁處光斑大小為ω₁；線激光的長度D₀、D₁、D₂分別對應工作距離L₀、L₁、L₂；

2)確定線激光工作視場，線激光工作視場由激光光斑特性和微振鏡的轉角確定；微振鏡快慢軸的轉角為θ_x和θ_y；線激光的長度D，由計算公式(1.1)求出，線激光步進的行數R，由計算公式(1.2)求出；

公式(1.1)、(1.2)中的L為線激光的工作距離，L在區間[L₁,L₂]內，ω為在工作距離為L處時，線激光的光斑大小，ω在區間[ω₁,ω₂]內。