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

有效

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

本發(fā)明屬于機(jī)器人視覺三維測量技術(shù)領(lǐng)域，并公開了一種基于MEMS掃描振鏡的線結(jié)構(gòu)光三維測量方法。該方法包括下列步驟：(a)設(shè)定MEMS掃描振鏡的掃描范圍，光點之間的間隔角度；(b)采用二維棋盤標(biāo)靶標(biāo)定激光發(fā)射點A到每個光點的連線形成的光線方程；(c)MEMS掃描振鏡掃描待測物體，建立圖像上的點與光點之間的對應(yīng)關(guān)系；(d)計算直線圖像上的任意點P與相機(jī)光心B連線形成的直線PB與光線AO的交點，該交點坐標(biāo)即為所需的光點O坐標(biāo)，以此方式獲得待測物體表面所有光點的坐標(biāo)，即實現(xiàn)待測物體的三維測量。通過本發(fā)明，消除線結(jié)構(gòu)光在測量混合反射表面時由于光條過曝而導(dǎo)致光條中心提取不準(zhǔn)的影響提高三維測量精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)器人視覺三維測量技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于MEMS掃描振鏡的線結(jié)構(gòu)光三維測量方法。

背景技術(shù)

近年來隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對真實世界三維結(jié)構(gòu)的測量需求也越來越廣泛。其中在結(jié)構(gòu)光方面主要發(fā)展出了點結(jié)構(gòu)光技術(shù)，線結(jié)構(gòu)光技術(shù)及面結(jié)構(gòu)光技術(shù)。結(jié)構(gòu)光測量獲取被測物體表面的三維信息，一般都是基于三角法原理。線結(jié)構(gòu)光測量方法獲取被測目標(biāo)信息一般通過三步：①通過標(biāo)定確定線光平面與相機(jī)坐標(biāo)系的位姿關(guān)系；②光條中心提取確定物體表面線光在相機(jī)成像面的投影點；③三角法計算三維點坐標(biāo)。

利用線結(jié)構(gòu)光可以準(zhǔn)確的獲得漫反射物體表面在相機(jī)坐標(biāo)系下的三維點坐標(biāo)。但是當(dāng)物體表面表現(xiàn)為混合反射(兼有漫反射和鏡面反射)表面特性時，線結(jié)構(gòu)光由于光條中心提取誤差較大而導(dǎo)致測量誤差降低甚至不能得到有效的測量結(jié)果。

光條中心提取誤差較大的原因是由于線激光照射在混合反射表明時，存在鏡面反射及互反射導(dǎo)致光條過曝。目前來說，線激光的非編碼特性是導(dǎo)致線結(jié)構(gòu)光測量方法在測量混合反射表面效果不佳的主要原因。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于MEMS掃描振鏡的線結(jié)構(gòu)光三維測量方法，通過設(shè)定每個光點的亮度區(qū)分不同的光點，并采用二維棋盤靶標(biāo)標(biāo)定激光發(fā)射點和光點的光線方程確定光線方向，減小計算復(fù)雜度，同時消除提取光條中心的誤差，提高測量準(zhǔn)確度。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種基于MEMS掃描振鏡的線結(jié)構(gòu)光三維測量方法，該方法包括下列步驟：

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

(b)將二維棋盤標(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A到每個光點的連線形成的光線方程；

(c)移除二維棋盤并將測物體放置在MEMS掃描振鏡的掃描域內(nèi)，設(shè)定每個光點的亮度與光點編號之間的關(guān)系式，根據(jù)該關(guān)系式對每個光點的亮度進(jìn)行設(shè)定，MEMS掃描振鏡按照設(shè)定的光點亮度、掃描范圍和間隔角度在待測物體表面掃描，使得在待測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與光點之間的對應(yīng)關(guān)系；

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

進(jìn)一步優(yōu)選地，在步驟(b)中，所述采用光刀平面標(biāo)定方法對MEMS掃描振鏡進(jìn)行標(biāo)定，優(yōu)選按照下列步驟進(jìn)行：

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