CN105300311A - 线结构光扫描测量的视觉传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了线结构光扫描测量设备中的视觉传感器，具体包括线激光器、相机、左反射镜、右反射镜、半透半反镜、后反射镜；激光器在被测物体上形成的激光线依次被左反射镜、半透半反镜反射，最后在相机上形成第一条关于激光线的图像；被测物体上的激光线同时被右反射镜、后反射镜反射，然后透过半透半反镜，在相机上形成第二条关于激光线的图像；只要相机能采集到其中一条关于激光线的图像，就可以完成三维坐标，解决了单相机视觉传感器中的遮挡问题，达到双相机视觉传感器的效果，但成本更低，控制处理系统更简单。

Description

线结构光扫描测量的视觉传感器

技术领域

本发明属于线结构光扫描测量技术领域，具体涉及线结构光扫描测量设备中的视觉传感器。

背景技术

线结构光扫描测量装置是由激光器向被测物体反射光平面，光平面与被测物体表面相交，形成一条激光线。该激光线是一条平面曲线，激光线的形状与被测物体表面的几何形状相关，相机采集激光线的图像信息并应用机器视觉相关算法，可得到激光线上点的三维坐标；配以一定的机械（扫描）装置，就能够获得被测物体的完整的三维信息。线结构光扫描测量的精度适中，结构相对简单，故在产品质量检测、逆向工程、文物修复等方面都有广泛的应用。

根据测量原理，线结构光扫描测量的视觉传感器中只需要一个相机、一个激光器就可以完成三维坐标的获取，但在实际应用中为了避免物体本身对激光线的遮挡而导致相机无法采集到图像信息，通常在激光器的左右两边各安装一个相机。测量过程中，当一个相机被遮挡时，另一个相机还可以采集激光线图像信息，从而完成三维测量。双相机结构的视觉传感器较好地解决了测量过程中的遮挡问题，但增加了视觉传感器的制造成本，体积较大，扫描测量的过程中还要求两个相机同步采集。

国内外的单摄像机双目视觉传感器主要用于立体视觉测量，这类方法依据双目视差原理，完成空间坐标点的测量，需要不同角度的两幅图像才能完成坐标测量。CN103278139A公开了“一种可变焦单双目视觉传感装置”，该方案要求摄像机安装在高精度的云台上，通过控制云台的转动来实现单双目的切换。

发明内容

针对上述缺陷，本发明目的在于提供一种线结构光扫描测量设备中的视觉传感器，本视觉传感器只需要一个相机就可以从不同位置获取激光线的图像，解决了单相机视觉传感器中的遮挡问题，达到双相机视觉传感器的效果，但成本更低，控制处理系统更简单。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

线结构光扫描测量的视觉传感器，包括线激光器、相机、左反射镜、右反射镜、半透半反镜、后反射镜；其中，

左反射镜和右反射镜分别设置在该线激光器的两侧，该左反射镜和右反射镜均用于反射该线激光器在被测物体上形成的激光线；

相机设置在背离线激光器激光出射端的一侧，后反射镜和半透半反镜均设置在相机和线激光器之间，后反射镜位于靠近线激光器的一侧、半透半反镜位于靠近相机的一侧，该后反射镜用于反射由右反射镜所反射出来的激光线，半透半反镜用于反射由后反射镜或左反射镜所反射出来的激光线，相机用于采集由后反射镜或半透半反镜所反射出来的激光线的图像信息。

作为本发明线结构光扫描测量的视觉传感器的一种改进，所述相机上安装有带通滤光片，以消除环境光对测量的影响。

作为本发明线结构光扫描测量的视觉传感器的另一种改进，所述左反射镜和右反射镜之间水平间隔并呈夹角设置，后反射镜和半透半反镜之间垂直间隔并呈夹角设置，其中后反射镜的镜面与右反射镜的镜面相对应，半透半反镜的镜面与左反射镜的镜面相对应。

本发明与现有技术相比，具有如下的有益效果：

（1）线激光器在被测物体上形成的激光线通过光学系统的多次反射，只需要一个相机就可以从不同位置获取激光线的图像信息，解决了单相机视觉传感器中的遮挡问题，达到双相机视觉传感器的效果，但成本更低，控制处理系统更简单。

（2）在本发明中，相机采集的是多次反射后的图像信息，相机和激光线之间的光路更长，在同等情况下可选择焦距更大、畸变更小的镜头，有利于提高测量的精度。

附图说明

图1为本发明线结构光扫描测量的视觉传感器的结构示意图；

图2为激光线的光路图；

图中：1、被测物体；2、线激光器；3、相机；4、半透半反镜；5、左反射镜；6、后反射镜；7、右反射镜；8、激光线；301、虚拟相机；302、虚拟相机。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面将结合发明中的说明书附图，对发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。

如图1所示，为本发明较佳实施例的线结构光扫描测量的视觉传感器的结构示意图，左反射镜5和右反射镜7分别设置在线激光器2的两侧，该左反射镜5和右反射镜7均用于反射该线激光器2在被测物体1上形成的激光线；

相机3设置在背离线激光器2激光出射端的一侧，后反射镜6和半透半反镜4均设置在相机3和线激光器2之间，后反射镜6位于靠近线激光器2的一侧、半透半反镜4位于靠近相机3的一侧，其中，该后反射镜6用于反射由右反射镜7所反射出来的激光线，半透半反镜4用于反射由后反射镜6或左反射镜5所反射出来的激光线，相机3用于采集由后反射镜6或半透半反镜4所反射出来的激光线的图像信息。

如图2所示，线激光器2反射的激光与被测物体1的表面相交，形成激光线8，该激光线8可能被被测物体本身遮挡或被左反射镜和/或右反射镜反射，若激光线8被被测物体1本身遮挡，则控制被测物体1运动，直到激光线8被左反射镜和/或右反射镜反射；

若激光线8被左反射镜5和/或右反射镜7反射，则:

当激光线8被左反射镜5反射时，激光线8被左反射镜5向半透半反镜4反射，然后被半透半反镜4向相机3反射，最后在相机3上形成第一条关于激光线的图像信息；根据反射镜的基本原理，此成像光路相当于相机3的像（虚拟相机301）在激光线8的左侧获取图像信息；

当激光线8被右反射镜7反射时，激光线8被右反射镜7向后反射镜6反射，然后被后反射镜6反射，透过半透半反镜4，在相机3上形成第二条关于激光线的图像信息，此成像光路相当于相机3的像（虚拟相机302）在激光线8的右侧获取图像信息；

当其中一个位置采集到激光线图像信息时即可完成三坐标测量，从而本传感器只需要一个相机就可以从不同位置获取激光线的图像，解决了单相机视觉传感器中的遮挡问题，达到双相机视觉传感器的效果。

同时，由于虚拟相机301、302距离被测物体1的距离，远大于实际相机3距离被测物体1的距离，相机3采集到的是多次反射后的图像信息，相机3和激光线8之间的光路更长，因此本视觉传感器可选择焦距更大、畸变更小的相机镜头，有效提高了测量精度。

需要说明的是，要获得被测物完整的三维图像信息，本发明的线结构光扫描测量的视觉传感器还需与控制处理系统相连接，配以一定的机械运动（扫描）装置，而控制处理系统和机械运动(扫描）装置都是本领域技术人员的常规选择，在此就不再详细描述。

其中，在上述的相机3中安装有带通滤光片，以消除环境光线的影响，提高图像采集的质量，而带通滤光片的中心波长与所选择的激光器的参数相关。

其中，上述的左反射镜5和右反射镜7之间水平间隔并呈夹角设置，后反射镜6和半透半反镜4之间垂直间隔并呈夹角设置，其中后反射镜6的镜面与右反射镜7的镜面相对应，半透半反镜4的镜面与左反射镜5的镜面相对应，通过这样设置，调整各反射镜、半透半反镜4的位置、角度，可改变测量角度、测量范围，并可以保证第一条、第二条激光线在相机3上的图像相互分离而不会相交，从而减少控制处理处理系统的图像处理的计算量，使得控制处理系统更为地简单。

最后需要说明是，上述的“左、右、后”等方位性的词语只是为了清楚地描述本发明线结构光扫描测量的视觉传感器各部件的位置关系，并不代表对本发明的限制。

综上所述，即为发明实施例内容，而显然发明的实施方式并不仅限于此，其可根据不同应用环境，利用发明的功能实现相应的需求。

Claims (3)

1.线结构光扫描测量的视觉传感器，其特征在于，包括线激光器、相机、左反射镜、右反射镜、半透半反镜、后反射镜；其中，

左反射镜和右反射镜分别设置在该线激光器的两侧，该左反射镜和右反射镜均用于反射该线激光器在被测物体上形成的激光线；

相机设置在背离线激光器激光出射端的一侧，后反射镜和半透半反镜均设置在相机和线激光器之间，后反射镜位于靠近线激光器的一侧、半透半反镜位于靠近相机的一侧，该后反射镜用于反射由右反射镜所反射出来的激光线，半透半反镜用于反射由后反射镜或左反射镜所反射出来的激光线，相机用于采集由后反射镜或半透半反镜所反射出来的激光线的图像信息。

2.如权利要求1所述的线结构光扫描测量的视觉传感器，其特征在于，所述相机上安装有带通滤光片。

3.如权利要求1所述的线结构光扫描测量的视觉传感器，其特征在于，所述左反射镜和右反射镜之间水平间隔并呈夹角设置，后反射镜和半透半反镜之间垂直间隔并呈夹角设置，其中后反射镜的镜面与右反射镜的镜面相对应，半透半反镜的镜面与左反射镜的镜面相对应。