CN106443691A - 一种基于数字微镜器件dmd的三维成像系统及成像方法 - Google Patents

一种基于数字微镜器件dmd的三维成像系统及成像方法 Download PDF

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    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging

Abstract

本发明公开一种基于数字微镜器件DMD的三维成像系统及成像方法，该系统包括激光源，固定在激光源出光端的光学整形器，固定于水平光路透过光学整形器之后与水平面成45°的半反镜，固定于半反镜光路之后的数字微镜器件DMD，依次固定于半反镜反射光路垂直下方的聚透镜以及被测物体，固定于半反镜反射光路两侧对称的摄像机以及与摄像机连接的计算机；该方法为：由激光源产生面光源入射到DMD，由DMD产生结构点光源经由半反镜反射到被测物体表面，经过摄像机进行各个点的图像采集，依据双目视觉原理进行图像深度信息提取，得到各个点的坐标，将得到的所有点坐标导入计算机仿真软件，从而得到目标物体的图像；本发明由于能同时测量较多点的位置信息，比较省时省力，易于实现。

Description

一种基于数字微镜器件DMD的三维成像系统及成像方法
技术领域
本发明属于激光距离成像及激光测距技术领域，具有涉及一种基于数字微镜器件DMD的三维成像系统及成像方法。
背景技术
激光三维成像可获得目标的距离像。在空间目标识别、交会对接和在轨服务等任务中，目标的相对距离、速度和相对姿态信息可以通过解算空间目标上特征点的空间坐标获得。目前，实现距离的测量，方法有很多种，其中主要的距离测量方法有：激光干涉法，脉冲法，调频连续波法，相位法和三角法测距。在激光干涉测距系统中，距离测量范围较小，主要用于近距离的高精密测量，为了实现测量，大都需要精密导轨，但是在大多数工业基地不具备精密导轨的条件，使其使用范围受到极大限制；脉冲激光测距测程远，质量轻，结构简单，但是脉冲激光测距测量精度只能达到cm级，只能用于对于精度要求不高的场合；调频连续波测距技术无距离盲区、分辨力高、辐射功率小、可同时进行距离和速度的测量、设备相对简单，但是该方法受发射信号的频率稳定度和线性度的影响很大，不适用于大范围高精度测距；相位法激光测距测量精度高，测程远，但是该方法对硬件设备的性能参数要求较高，造价昂贵；三角法测距设计构造简洁，具有很好的实用性，但是现有的三角法激光测距技术对于表面粗糙物体的距离计算比较耗时，所以各种测距方法优缺点都存在，都能适用于各自适合的领域。
发明内容
为了解决现有的三角法激光测距技术存在耗时问题，本发明的目的在于提供一种基于数字微镜器件DMD的三维成像系统及成像方法，采用DMD产生结构光点光源，经由半反镜反射照射到物体表面，根据双目视觉原理计算提取目标物体的距离信息，将得到的数据导入计算机仿真软件得到目标物体的图像。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种基于数字微镜器件DMD的三维成像系统，包括激光源1，固定在激光源1出光端的光学整形器6，固定于水平光路透过光学整形器6之后与水平面成45°的半反镜3，固定于半反镜3光路之后的数字微镜器件DMD2，依次固定于半反镜3反射光路垂直下方的聚透镜7以及被测物体4，固定于半反镜3反射光路两侧对称的摄像机5以及与摄像机5连接的计算机。
所述数字微镜器件DMD2是数字光处理DLP的基础，其工作原理主要在于DMD上的芯片上的无数微小镜片俗称微镜；数字微镜器件DMD2的芯片构造由电子电路部分、机械结构部分和光学部分组成；数字微镜器件DMD2的芯片表面布满的无数微镜，属于其光学部分，这些微镜通过数字微镜器件DMD2的芯片中的电子电路部分控制，并且机械部分能够控制微镜的转动。
上述所述一种基于数字微镜器件DMD的三维成像系统的测距方法，当数字微镜器件DMD2正常工作时，光线经过数字微镜器件DMD2的芯片，每个微镜通过电子电路部分的控制转动反射光线，当所述激光源1发射面光源，经过光学整形器6和半反镜3入射到数字微镜器件DMD2的芯片上，每个微镜上都看作入射到点光源，通过电路部分控制各个微小镜片的转动，将一部分点光源原路反射，一部分通过镜片转动反射到数字微镜器件DMD2内部的吸收器方向被吸收，从而产生点光源；经由数字微镜器件DMD2产生点光源之后，由半反镜3反射光线改变光路，经由聚透镜7聚光之后照射到被测物体4表面，由摄像机5采集被测物体4表面各个点的图像信息反馈到计算机，计算机依据双目视觉原理提取各个点的深度信息得到各个点的坐标，将所有测出的点的坐标导入仿真软件Matlab或者Meshlab即能够得到目标物体的图像。
本发明和现有技术相比较，具备如下优点：
传统的三角法激光测距直接由激光器发射点光源，照射到物体表面，通过移动物体位移，由相似三角形几何计算照相机上的位移差从而得到激光器与物体表面的距离。而本发明直接发射面光源，由DMD产生若干点光源，通过双目视觉原理计算得到激光器与物体之间的距离。不仅优化了计算速度，也解决了传统三角法测距利用单目视觉原理中在摄像机中得到的位移差的误差，提高了工作效率。
附图说明
图1是本发明激光测距系统原理图。
图2是双目立体视觉系统原理图。
图3是双目立体视觉计算二维原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
如图1所示，本发明一种基于数字微镜器件DMD的三维成像系统，包括激光源1，固定在激光源1出光端的光学整形器6，固定于水平光路透过光学整形器6之后与水平面成45°的半反镜3，固定于半反镜3光路之后的数字微镜器件DMD2，依次固定于半反镜3反射光路垂直下方的聚透镜7以及被测物体4，固定于半反镜3反射光路两侧对称的摄像机5以及与摄像机5连接的计算机。
所述数字微镜器件DMD2是数字光处理DLP的基础，其工作原理主要在于DMD上的芯片上的无数微小镜片俗称微镜；数字微镜器件DMD2的芯片构造由电子电路部分、机械结构部分和光学部分组成；数字微镜器件DMD2的芯片表面布满的无数微镜，属于其光学部分，这些微镜通过数字微镜器件DMD2的芯片中的电子电路部分控制，并且机械部分能够控制微镜的转动。
下面结合图1、图2和图3详细说明本发明基于数字微镜器件DMD的激光距离成像系统的测距方法：
步骤1：激光源1发出面光源，经过光学整形器6减小入射光发散角，再经过半反镜(3)照射到数字微镜器件DMD 2，通过电路部分控制数字微镜器件DMD 2的芯片上微镜转动，使数字微镜器件DMD 2反射出射点光源，经由与水平面成45°的半反镜3反射通过聚透镜7聚光照射到被测物体4表面，摄像机5采集被测物体4表面各个点的深度信息反馈到计算机，计算得到各个点的坐标。
步骤2：计算机根据双目视觉原理计算被测物体4表面各个点的坐标。双目视觉原理如下：
在图2所示的系统中，P点在两个投影平面(u1-p1-v1)、(u2-p2-v2)上的投影点p1、p2在Y轴上的分量是相同的。平行双目立体视觉系统在X-Z平面上的投影如图3所示，建立直角坐标系X-Z。摄像机焦距用f表示，基线长度用B表示，P点到X轴的距离用ZD表示，ZD即为空间点P的深度信息。假设P点在X轴上的投影点为p′，p1、p2在X轴上的投影点分别为M，N，pp′交p1p2于Q点。
在图3中ΔPQP2和ΔPP′O2相似，ΔPQP1和ΔPP′O1相似，由相似三角形原理可得下式：
令QP2＝l,NO2＝m,MQ1＝n,则上式可以表示为：
化简上式得：
图2-中，设p1点的图像坐标为(u1，u2)，p2点的图像坐标为(u2，v2)，则u1-u2＝m+n，所以上式可表示为：
令d＝u1-u2，d被称为视差。则上式可表示为：
步骤三：ZD为P点到X轴的距离，也即该点到摄像机的距离，而摄像机到激光源的距离已知，设为L，则该点到激光源的距离Z为：
Z＝ZD+L
步骤四：将所有点的坐标导入计算机仿真软件Matlab或者Meshlab则可得到目标物体的图像。

Claims (3)

1.一种基于数字微镜器件DMD的三维成像系统，其特征在于：包括激光源(1)，固定在激光源(1)出光端的光学整形器(6)，固定于水平光路透过光学整形器(6)之后与水平面成45°的半反镜(3)，固定于半反镜(3)光路之后的数字微镜器件DMD(2)，依次固定于半反镜(3)反射光路垂直下方的聚透镜(7)以及被测物体(4)，固定于半反镜(3)反射光路两侧对称的摄像机(5)以及与摄像机(5)连接的计算机。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字微镜器件DMD的三维成像系统，其特征在于：所述数字微镜器件DMD(2)是数字光处理DLP的基础，其工作原理主要在于DMD上的芯片上的无数微小镜片俗称微镜；数字微镜器件DMD(2)的芯片构造由电子电路部分、机械结构部分和光学部分组成；数字微镜器件DMD(2)的芯片表面布满的无数微镜，属于其光学部分，这些微镜通过数字微镜器件DMD(2)的芯片中的电子电路部分控制，并且机械部分能够控制微镜的转动。
3.权利要求1或2所述一种基于数字微镜器件DMD的三维成像系统的成像方法，其特征在于：当数字微镜器件DMD(2)正常工作时，光线经过数字微镜器件DMD(2)的芯片，每个微镜通过电子电路部分的控制转动反射光线，当所述激光源(1)发射面光源，经过光学整形器(6)和半反镜(3)入射到数字微镜器件DMD(2)的芯片上，每个微镜上都看作入射到点光源，通过电路部分控制各个微小镜片的转动，将一部分点光源原路反射，一部分通过镜片转动反射到数字微镜器件DMD(2)内部的吸收器方向被吸收，从而产生点光源；经由数字微镜器件DMD(2)产生点光源之后，由半反镜(3)反射光线改变光路，经由聚透镜(7)聚光之后照射到被测物体(4)表面，由摄像机(5)采集被测物体(4)表面各个点的图像信息反馈到计算机，计算机依据双目视觉原理提取各个点的深度信息得到各个点的坐标，将所有测出的点的坐标导入仿真软件Matlab或者Mashlab即能够得到目标物体的图像。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107121682A (zh) * 2017-06-12 2017-09-01 北京航空航天大学 一种基于相位式激光测距的三维关联成像方法
CN107144268A (zh) * 2017-06-28 2017-09-08 天津中德应用技术大学 基于dlp器件的轮胎成型机用激光标线装置及其校准方法
CN108572369A (zh) * 2017-03-13 2018-09-25 北醒（北京）光子科技有限公司 一种微镜扫描探测装置及探测方法
CN108600582A (zh) * 2018-03-23 2018-09-28 哈尔滨理工大学 基于数字微镜器件的三维成像装置
CN109828430A (zh) * 2018-11-21 2019-05-31 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种基于压缩感知理论的立体成像装置及系统
WO2020097941A1 (zh) * 2018-11-16 2020-05-22 北京闻亭泰科技术发展有限公司 一种用于三维检测的光学引擎和三维检测设备
CN112268519A (zh) * 2020-09-27 2021-01-26 西北工业大学宁波研究院 基于dmd的光谱成像目标检测方法及系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202304765U (zh) * 2011-10-12 2012-07-04 上海理工大学 一种并行扫描共焦成像装置
CN104181547A (zh) * 2014-08-26 2014-12-03 西安交通大学 一种基于阵列探测单元的三维激光成像系统及成像方法
CN105223582A (zh) * 2015-09-01 2016-01-06 西安交通大学 一种基于压缩感知的激光雷达成像装置及成像方法
CN105242281A (zh) * 2015-09-01 2016-01-13 西安交通大学 基于apd阵列的三维激光成像系统及方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202304765U (zh) * 2011-10-12 2012-07-04 上海理工大学 一种并行扫描共焦成像装置
CN104181547A (zh) * 2014-08-26 2014-12-03 西安交通大学 一种基于阵列探测单元的三维激光成像系统及成像方法
CN105223582A (zh) * 2015-09-01 2016-01-06 西安交通大学 一种基于压缩感知的激光雷达成像装置及成像方法
CN105242281A (zh) * 2015-09-01 2016-01-13 西安交通大学 基于apd阵列的三维激光成像系统及方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108572369A (zh) * 2017-03-13 2018-09-25 北醒（北京）光子科技有限公司 一种微镜扫描探测装置及探测方法
CN107121682A (zh) * 2017-06-12 2017-09-01 北京航空航天大学 一种基于相位式激光测距的三维关联成像方法
CN107121682B (zh) * 2017-06-12 2020-04-24 北京航空航天大学 一种基于相位式激光测距的三维关联成像方法
CN107144268A (zh) * 2017-06-28 2017-09-08 天津中德应用技术大学 基于dlp器件的轮胎成型机用激光标线装置及其校准方法
CN107144268B (zh) * 2017-06-28 2023-04-18 天津中德应用技术大学 基于dlp器件的轮胎成型机用激光标线装置及其校准方法
CN108600582A (zh) * 2018-03-23 2018-09-28 哈尔滨理工大学 基于数字微镜器件的三维成像装置
WO2020097941A1 (zh) * 2018-11-16 2020-05-22 北京闻亭泰科技术发展有限公司 一种用于三维检测的光学引擎和三维检测设备
CN109828430A (zh) * 2018-11-21 2019-05-31 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种基于压缩感知理论的立体成像装置及系统
CN112268519A (zh) * 2020-09-27 2021-01-26 西北工业大学宁波研究院 基于dmd的光谱成像目标检测方法及系统
CN112268519B (zh) * 2020-09-27 2022-04-19 西北工业大学宁波研究院 基于dmd的光谱成像目标检测方法及系统

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