CN104792278B - 太阳光环境中进行结构光法三维测量的方法 - Google Patents

太阳光环境中进行结构光法三维测量的方法 Download PDF

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Abstract

一种太阳光环境中进行结构光法三维测量的方法，所述方法选择1.4微米波长的近红外光进行结构光法三维测量，能够在不改变已有设备系统结构和工作方式的情况下，将设备使用范围从室内扩展到有太阳光照射的室外环境中。所述设备体积小、重量轻，能耗小，成本低、安全性高，能够快速获取近距离大范围的三维场景信息。

Description

太阳光环境中进行结构光法三维测量的方法
技术领域
本发明涉及结构光法三维测量方法，尤其涉及太阳光照射环境中结构光法三维测量技术。
背景技术
结构光法三维测量是一种主动观测环境的方法，其工作原理为：激光器发射出一束激光，该光束经过光学衍射元件散射形成致密的标准图案模板，再投射到场景中，由于场景中的物体距离远近不同，标准图案模板投射到物体表面会发生不同的变形，图像传感器获取场景中发生变化的图案模板后，通过与标准图案模板进行关联计算，便可以一次性得到大量的场景三维信息。基于结构光法进行三维测量技术成熟、成本低廉，可快速获取场景的三维坐标点云或二维深度图像，广泛应用于近距离测量。
根据结构光法三维测量的工作原理，图像传感器获取的图案模板应该尽量避免其它光源干扰。避免光源干扰的最简单方式是限制设备使用环境，如要求在远离太阳光和热源的室内使用，目前医学检查设备、游戏机体感设备等都采用这种方案。但对于需要在太阳光照射环境中使用的设备，如何降低太阳光干扰，保证测量精度目前还没有公开的成熟方案。
发明内容
本发明公开了一种在太阳光环境中进行结构光法三维测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：选取工作波长为1.4微米且满足国内外激光安全使用标准的激光器作为结构光法三维测量设备的光源；
步骤2：中央处理器启动激光器发射激光；
步骤3：激光依次经过透镜和光栅形成致密的标准图案模板，投射到场景中；
步骤4：场景中待测物体反射太阳光和激光，通过1.4微米带通滤光片进入图像传感器；
步骤5：中央处理器启动图像传感器成像；
步骤6：中央处理器中的图像处理模块从图像中提取变形图案模板，与标准图案模板进行关联计算，获取场景的三维坐标数据。
本发明的上述方案，由于大气中的水蒸气气体分子对1.3～1.5微米波段的太阳光存在强烈吸收，同时1.4～2.6微米的近红外光不易透过眼屈光介质对视网膜产生损伤，因此选取1.4微米波长的近红外光进行结构光法三维测量。所述激光经过光学衍射元件散射后投射到场景中，与太阳光同时经物体反射后，通过带通滤光片进入图像传感器窗口。因为该波段的太阳光能量大部分已被大气气体分子吸收，所以成像时，与反射激光的光能量相比，太阳光的光能量可忽略不计。
采用本发明所述方法实施结构光法三维测量，可以在不改变已有设备系统结构和工作方式的情况下，将结构光法三维测量设备的使用范围从室内环境扩展到有太阳光照射的室外环境中。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域的技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。
图1为本发明所述1.4微米波长在大气窗口中的位置示意图。
图2为本发明所述结构光法三维测量设备的系统结构与工作方式示意图，其中1为1.4微米激光器，2为透镜，3为光栅，4为标准图案模板，5为场景中待测物体，6为变形图案模板，7为1.4微米带通滤光片，8为图像传感器，9为中央处理器。
具体实施方式
图2及以下说明描述了本发明的可选实施方案，以此教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明的技术方案，已简化或省略了一些常规方面技术方案。本领域技术人员应该理解源自这些方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。因此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
一种在太阳光环境中进行结构光法三维测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：由于大气中的水蒸气气体分子对1.3～1.5微米波段的太阳光存在强烈吸收，同时1.4～2.6微米的近红外光不易透过眼屈光介质对视网膜产生损伤，因此，选取工作波长为1.4微米且满足国内外激光安全使用标准的InGaAsP半导体激光器1作为结构光法三维测量设备的光源；
步骤2：中央处理器9启动激光器1发射激光；
步骤3：激光依次经过透镜2和光栅3形成致密的标准图案模板4，投射到场景中；
步骤4：场景中待测物体5反射太阳光和激光，通过1.4微米带通滤光片7进入图像传感器8；
步骤5：中央处理器9启动图像传感器8成像；
步骤6：中央处理器9中的图像处理模块从图像中提取变形图案模板6，与标准图案模板4进行关联计算，获取场景的三维坐标数据。

Claims (1)

1.一种在太阳光环境中进行结构光法三维测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：选取工作波长为1.4微米且满足国内外激光安全使用标准的激光器(1)作为结构光法三维测量设备的光源；
步骤2：中央处理器(9)启动激光器(1)发射激光；
步骤3：激光依次经过透镜(2)和光栅(3)形成致密的标准图案模板(4)，投射到场景中；
步骤4：场景中待测物体(5)反射太阳光和激光，通过1.4微米带通滤光片(7)进入图像传感器(8)；
步骤5：中央处理器(9)启动图像传感器(8)成像；
步骤6：中央处理器(9)中的图像处理模块从图像中提取变形图案模板(6)，与标准图案模板(4)进行关联计算，获取场景的三维坐标数据。
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