[發(fā)明專利]一種基于MEMS掃描振鏡的線結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911048657.4
• 申請(qǐng)日: 2019-10-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110702007B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李晨;張旭;趙歡;丁漢
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/00
• 分類號(hào): G01B11/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李智

1.一種基于MEMS掃描振鏡的線結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量方法，其特征在于，該方法包括下列步驟：

(a)設(shè)定MEMS掃描振鏡的掃描范圍，光點(diǎn)之間的間隔角度，將所述掃描范圍按照該間隔角度均分，并對(duì)均分后的光點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，以此獲得每個(gè)光點(diǎn)編號(hào)；

(b)將二維棋盤(pán)標(biāo)靶放置MEMS掃描振鏡的掃描域內(nèi)，采用光刀平面標(biāo)定方法對(duì)MEMS掃描振鏡進(jìn)行標(biāo)定，以此獲得MEMS掃描振鏡上激光發(fā)射點(diǎn)A到每個(gè)光點(diǎn)的連線形成的光線方程；

其中，所述采用光刀平面標(biāo)定方法對(duì)MEMS掃描振鏡進(jìn)行標(biāo)定，按照下列步驟進(jìn)行：

(b1)相機(jī)拍攝二維棋盤(pán)靶標(biāo)，利用拍攝的棋盤(pán)靶標(biāo)圖像獲得二維棋盤(pán)靶標(biāo)的平面在相機(jī)坐標(biāo)系下的平面方程；

(b2)MEMS掃描振鏡上的激光發(fā)射點(diǎn)A發(fā)出激光按照步驟(a)中設(shè)定的掃描范圍和光點(diǎn)間隔角度在所述二維棋盤(pán)靶標(biāo)表面掃描，相機(jī)拍攝掃描在二維棋盤(pán)靶標(biāo)表面的任意光點(diǎn)Q的圖像，以此獲得在相機(jī)坐標(biāo)系中該圖像上任意光點(diǎn)的像素坐標(biāo)Q’；

所述MEMS掃描振鏡掃描二維棋盤(pán)靶標(biāo)時(shí)，將每個(gè)光點(diǎn)的亮度設(shè)定為亮度最大值，則獲得在相機(jī)坐標(biāo)系中該圖像上任意光點(diǎn)的像素坐標(biāo)Q’是采用光條中心算法提取獲得；

(b3)利用步驟(b2)中獲得的像素坐標(biāo)Q’與所述平面方程求交，以此獲得在相機(jī)坐標(biāo)系下所述任意光點(diǎn)Q在二維棋盤(pán)靶標(biāo)中的坐標(biāo)Q₁；

(b4)改變二維棋盤(pán)的位置,重復(fù)步驟((b2)和(b3)，以此獲得在相機(jī)坐標(biāo)系下所述任意光點(diǎn)Q在二維棋盤(pán)靶標(biāo)中的坐標(biāo)Q₂，直線Q₁Q₂條即為激光發(fā)射點(diǎn)A與光點(diǎn)Q的連線形成的光線方程；以此方式獲得激光發(fā)射點(diǎn)到每個(gè)光點(diǎn)的連線形成的光線方程；

(c)移除二維棋盤(pán)并將測(cè)物體放置在MEMS掃描振鏡的掃描域內(nèi)，設(shè)定每個(gè)光點(diǎn)的亮度與光點(diǎn)編號(hào)之間的關(guān)系式，根據(jù)該關(guān)系式對(duì)每個(gè)光點(diǎn)的亮度進(jìn)行設(shè)定，MEMS掃描振鏡按照設(shè)定的光點(diǎn)亮度、掃描范圍和間隔角度在待測(cè)物體表面掃描，使得在待測(cè)物體表面形成一條亮度不一的直線，相機(jī)拍攝該直線獲得直線圖像，利用該直線圖像建立圖像上的點(diǎn)與光點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

(d)對(duì)于步驟(c)中獲得的直線圖像上的任意點(diǎn)P，根據(jù)步驟(c)獲得的直線圖像上的點(diǎn)與光點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系獲得在待測(cè)物體表面與所述任意點(diǎn)P對(duì)應(yīng)的光點(diǎn)O，在根據(jù)步驟(b)中獲得的所有直線方程中找到O點(diǎn)所在的光線方程AO，計(jì)算P點(diǎn)與相機(jī)的光心B連線形成的直線PB與光線AO的交點(diǎn)，該交點(diǎn)坐標(biāo)即為所需的光點(diǎn)O坐標(biāo)，以此方式獲得待測(cè)物體表面所有光點(diǎn)的坐標(biāo)，即實(shí)現(xiàn)待測(cè)物體的三維測(cè)量。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于MEMS掃描振鏡的線結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量方法，其特征在于，在步驟(c)中，所述設(shè)定每個(gè)光點(diǎn)的亮度與照射角度之間的關(guān)系式，按照下列關(guān)系式進(jìn)行：

其中，n是相移，為整數(shù)，T_j是第j個(gè)周期，j是周期的數(shù)量，N是總周期數(shù)量，A是設(shè)定的亮度均值，B是亮度幅值，x是光點(diǎn)的編號(hào)，是第j個(gè)周期在相移n下的亮度。

3.如權(quán)利要求1所述的一種基于MEMS掃描振鏡的線結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量方法，其特征在于，在步驟(c)中，所述利用該直線圖像建立圖像上的點(diǎn)與光點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系按照下列步驟：

(c1)設(shè)定相移n和周期j的取值，計(jì)算周期T_j對(duì)應(yīng)的卷繞相位φ_j；

(c2)利用所有周期各自對(duì)應(yīng)的卷繞相位求解反映直線圖像上的點(diǎn)和光點(diǎn)之間關(guān)系的絕對(duì)相位φ，以此獲得圖像上的點(diǎn)與光點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

4.如權(quán)利要求3所述的一種基于MEMS掃描振鏡的線結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量方法，其特征在于，在步驟(c1)中，當(dāng)n＝0,1,2,3，j＝1,2,3時(shí)，

卷繞相位按照下列表達(dá)式進(jìn)行：

絕對(duì)相位按照下列表達(dá)式進(jìn)行：

其中，

5.如權(quán)利要求1所述的一種基于MEMS掃描振鏡的線結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量方法，其特征在于，在步驟(d)后，還需對(duì)光點(diǎn)O坐標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證，采用下列方法，

(d1)將步驟(b)中獲得MEMS掃描振鏡上激光發(fā)射點(diǎn)到所有光點(diǎn)的連線形成的光線方程擬合為一個(gè)平面，即線光平面；

(d2)判斷所述光點(diǎn)O的坐標(biāo)是否在所述線光平面上，在該線光平面上，則該光點(diǎn)O坐標(biāo)合格，否則，該光點(diǎn)O坐標(biāo)不合格。