CN108563084A - 多结构光图案三维传感系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多结构光图案三维传感系统，该系统包括用于发射红外激光光束的红外激光发射装置、用于产生一条线或者点阵式光线的结构光装置、图像采集装置、深度图像处理模块和用于控制红外激光发射及目标图像采集的控制模块；所述红外激光发射装置通过结构光装置与目标相连接，且所述目标散射出的光线通过图像采集装置的输入端相连接，且所述图像采集装置的输出端与深度图像处理模块的输入端相连接，且所述深度图像处理模块的输出端与控制模块相连接。本发明采用三维传感信息进行成像处理，达到了图像清晰、分辨率高、精度高等效果。

Description

多结构光图案三维传感系统
技术领域
本发明涉及三维测量技术领域，尤其涉及一种多结构光图案三维传感系统。
背景技术
国内外已有多种方法采用结构光实现三维测量，现在大多数情况下的方法是利用点光源对光栅进行投射，形成的光栅光面以扇形发射出去投射到物体表面，利用光条的光平面与接收器之间的关系获取深度图像。这种结构简单，得到广泛的应用，但其缺点是计算复杂，而且精度相对不高。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种多结构光图案三维传感系统，采用三维信息进行图案成像，且具有图像清晰、分辨率高、精度高的优点。
为实现上述目的，本发明提供一种多结构光图案三维传感系统，包括用于发射红外激光光束的红外激光发射装置、用于产生一条线或者点阵式光线的结构光装置、图像采集装置、深度图像处理模块和用于控制红外激光发射及目标图像采集的控制模块；所述红外激光发射装置通过结构光装置与目标相连接，且所述目标散射出的光线通过图像采集装置的输入端相连接，且所述图像采集装置的输出端与深度图像处理模块的输入端相连接，且所述深度图像处理模块的输出端与控制模块相连接；
所述红外激光发射装置发射红外激光光束至结构光装置，所述结构光装置产生光线至目标上；所述图像接收装置接收经过目标散射后的目标图像信息并发送给深度图像处理模块；所述深度图像处理模块对获取的三维信息进行提取，数据描述和匹配，并将最终处理的结果发送给控制模块，由控制模块进行成像处理。
其中，所述红外激光发射装置包括红外激光光源和光束变换器，所述红外激光光源通过光束变换器与结构光装置相连接，所述外激光光源采用激光二极管或垂直腔面发射激光器，且所述红外激光光源发射红外激光光束，红外激光光束通过光束变换器调整激光光束光斑后扩大成大于目标尺寸大小的光束光斑，并通过结构光装置后照射到目标上。
其中，所述光束变换器为扩散片、透镜、透镜组或衍射光学元件DOE。
其中，所述结构光装置为光栅、柱面镜或衍射光学元件DOE。
其中，所述控制模块包括红外激光发射控制单元和成像处理单元，所述红外激光发射控制单元与红外激光光源相连接，且所述成像处理单元与深度图像处理模块相连接，所述红外激光发射控制单元控制红外激光光源发射光源的大小，所述成像处理单元对深度图像处理模块的三维图像信息进行处理。
其中，所述图像采集装置包括图像接收器和辅助组件，所述图像接收器通过辅助组件与深度图像处理模块相连接，所述图像接收器采集到的光线通过辅助组件的处理后再传输给深度图像处理模块。
其中，所述深度图像处理模块包括三维信息提取单元、数据存储单元、数据匹配单元和图像处理单元；所述三维信息提取单元与辅助组件相连接，且所述三维信息提取单元和数据存储单元均与数据匹配单元相连接，且所述数据匹配单元与图像处理单元相连接，且该图像处理单元对三维信息进行处理后发送至成像处理单元进行成像。
其中，所述图像采集装置与目标之间设置有强光抑制装置，图像接收装置接收经过强光抑制装置过滤后的目标图像信息，并发送给图像采集装置。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的多结构光图案三维传感系统，该系统主要包括红外激光发射装置、结构光装置、图像采集装置、深度图像处理模块和控制模块，由结构光装置对发射的红外激光束产生特殊结构的光束后再发射到目标上，然后目标散射后的光线由图像采集装置进行采集后再由深度图像处理模块进行三维信息的提取，数据描述和匹配，并最后由控制模块进行成像处理。本结构的改进，采用三维传感信息进行成像处理，达到了图像清晰、分辨率高、精度高等效果。
附图说明
图1为本发明的多结构光图案三维传感系统的方框示意图；
图2为本发明的多结构光图案三维传感系统的工作原理图；
图3为本发明中结构光装置的光束形成图。
具体实施方式
为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。
请参阅图1-2，本发明提供的多结构光图案三维传感系统，包括用于发射红外激光光束的红外激光发射装置1、用于产生一条线或者点阵式光线的结构光装置2、图像采集装置3、深度图像处理模块4和用于控制红外激光发射及目标图像采集的控制模块5；所述红外激光发射装置通过结构光装置与目标6相连接，且所述目标散射出的光线通过图像采集装置的输入端相连接，且所述图像采集装置的输出端与深度图像处理模块的输入端相连接，且所述深度图像处理模块的输出端与控制模块相连接；
所述红外激光发射装置发射红外激光光束至结构光装置，所述结构光装置产生光线至目标上；所述图像接收装置接收经过目标散射后的目标图像信息并发送给深度图像处理模块；所述深度图像处理模块对获取的三维信息进行提取，数据描述和匹配，并将最终处理的结果发送给控制模块，由控制模块进行成像处理。
相较于现有技术，本发明提供的多结构光图案三维传感系统，该系统主要包括红外激光发射装置、结构光装置、图像采集装置、深度图像处理模块和控制模块，由结构光装置对发射的红外激光束产生特殊结构的光束后再发射到目标上，然后目标散射后的光线由图像采集装置进行采集后再由深度图像处理模块进行三维信息的提取，数据描述和匹配，并最后由控制模块进行成像处理。本结构的改进，采用三维传感信息进行成像处理，达到了图像清晰、分辨率高、精度高等效果。
在本实施例中，所述红外激光发射装置1包括红外激光光源11和光束变换器12，所述红外激光光源通过光束变换器与结构光装置相连接，所述外激光光源采用激光二极管或垂直腔面发射激光器，且所述红外激光光源发射红外激光光束，红外激光光束通过光束变换器调整激光光束光斑后扩大成大于目标尺寸大小的光束光斑，并通过结构光装置后照射到目标上。所述光束变换器为扩散片、透镜、透镜组或衍射光学元件DOE。红外激光光源采用激光二极管LED或垂直腔面发射激光器VCSEL，LED或VCSEL激光的发散角一般为10°~40°，光斑形状为圆形或者椭圆形，直接投射出去的光束难以满足要求，需要光束变换装置来对出射光束的光斑尺寸形状和发散角进行调节，光束变换装置可以采用扩散片、透镜、透镜组或衍射光学元件DOE，具体选哪个需要根据激光光源特点。
在本实施例中，所述结构光装置2为光栅、柱面镜或衍射光学元件DOE。结构光装置用于产生特殊结构的光束，可以采用光栅，柱面镜，DOE等光学器件生成，如图2，该特殊结构可以为一条线或点阵式结构分布，点阵式分布的角度可以是θ f或θ S。如图中的角度所示。
请进一步参阅图2，所述控制模块5包括红外激光发射控制单元51和成像处理单元52，所述红外激光发射控制单元与红外激光光源相连接，且所述成像处理单元与深度图像处理模块4相连接，所述红外激光发射控制单元控制红外激光光源发射光源的大小，所述成像处理单元对深度图像处理模块的三维图像信息进行处理。控制系统用于控制红外激光发射和目标图像处理，包括但不局限于红外激光发射控制电路和图像处理电路。
在本实施例中，所述图像采集装置3包括图像接收器31和辅助组件32，所述图像接收器通过辅助组件与深度图像处理模块相连接，所述图像接收器采集到的光线通过辅助组件的处理后再传输给深度图像处理模块。图像采集装置与目标之间设置有强光抑制装置7，图像接收装置接收经过强光抑制装置过滤后的目标图像信息，并发送给图像采集装置。图像采集装置接收经过强光抑制装置过滤后的目标图像信息，图像接收器采用互补金属氧化物半导体CMOS或电荷耦合器件CCD，辅助装置用于会聚图像光束，采用透镜或透镜组。强光抑制装置包括用于过滤短波段光线且让长波段光线通过的高通滤光片、用于反射对应波段光线的反射式带通滤光元件、用于吸收由高通滤光片过滤不完全的环境强光的吸收器和用于接收所需要的光线的接收器件；所述反射式带通滤光元件位于高通滤光片与吸收器之间，且吸收器与高通滤光片处于同一光轴，所述接收器件位于反射式带通滤光元件上方；目标反射的光线经过高通滤光片后，低于截止波长的短波长光线会被高通滤光片过滤阻挡，未被阻挡的长波段光线与外界强光混合后，该混合光束经过反射式带通滤光元件时，需要探测波段的光束反射出去，进入接收器件，而剩余的强光波段光束则原路径继续传播，最后被吸收器完全吸收；且进入接收器件的光束由图像接收装置并形成目标图像信息。所述反射式带通滤光元件反射光束的反射光线与入射光轴形成一定角度。这个角度从0度到180度都可以，不包括0度和180度。所述反射式带通滤光元件的镜片前表面上镀一层铬膜，该铬膜可将红外波段的光大部分原路反射；该入射光线与反射式带通滤光元件之间形成45度角度；反射式带通滤光元件反射光线与入射光线之间形成90度角度分布。所述接收器件与反射式带通滤光元件之间可设置一对反射式带通滤光元件反射的光束再进行滤光的滤光片。反射式带通滤光元件的特点是反射某一波段范围的光束，其余光束不影响，因为反射光与原来光束有角度，所以分离。滤光片的再设置，使得滤光效果更好。
在本实施例中，所述深度图像处理模块4包括三维信息提取单元41、数据存储单元42、数据匹配单元43和图像处理单元44；所述三维信息提取单元与辅助组件相连接，且所述三维信息提取单元和数据存储单元均与数据匹配单元相连接，且所述数据匹配单元与图像处理单元相连接，且该图像处理单元对三维信息进行处理后发送至数据匹配单元内，由数据匹配单元将提取的三维信息与存储信息进行对比匹配，并将匹配得到的结果发送给图像处理单元，最后由成像处理单元进行成像。三维信息提取单元提取信息后发送至本发明的优势在于在三维测量时采用多个结构光图案成像，具有成像精度高的优点。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种多结构光图案三维传感系统，其特征在于，包括用于发射红外激光光束的红外激光发射装置、用于产生一条线或者点阵式光线的结构光装置、图像采集装置、深度图像处理模块和用于控制红外激光发射及目标图像采集的控制模块；所述红外激光发射装置通过结构光装置与目标相连接，且所述目标散射出的光线通过图像采集装置的输入端相连接，且所述图像采集装置的输出端与深度图像处理模块的输入端相连接，且所述深度图像处理模块的输出端与控制模块相连接；
所述红外激光发射装置发射红外激光光束至结构光装置，所述结构光装置产生光线至目标上；所述图像接收装置接收经过目标散射后的目标图像信息并发送给深度图像处理模块；所述深度图像处理模块对获取的三维信息进行提取，数据描述和匹配，并将最终处理的结果发送给控制模块，由控制模块进行成像处理。
2.根据权利要求1所述的多结构光图案三维传感系统，其特征在于，所述红外激光发射装置包括红外激光光源和光束变换器，所述红外激光光源通过光束变换器与结构光装置相连接，所述外激光光源采用激光二极管或垂直腔面发射激光器，且所述红外激光光源发射红外激光光束，红外激光光束通过光束变换器调整激光光束光斑后扩大成大于目标尺寸大小的光束光斑，并通过结构光装置后照射到目标上。
3.根据权利要求2所述的多结构光图案三维传感系统，其特征在于，所述光束变换器为扩散片、透镜、透镜组或衍射光学元件DOE。
4.根据权利要求2所述的多结构光图案三维传感系统，其特征在于，所述结构光装置为光栅、柱面镜或衍射光学元件DOE。
5.根据权利要求2所述的多结构光图案三维传感系统，其特征在于，所述控制模块包括红外激光发射控制单元和成像处理单元，所述红外激光发射控制单元与红外激光光源相连接，且所述成像处理单元与深度图像处理模块相连接，所述红外激光发射控制单元控制红外激光光源发射光源的大小，所述成像处理单元对深度图像处理模块的三维图像信息进行处理。
6.根据权利要求5所述的多结构光图案三维传感系统，其特征在于，所述图像采集装置包括图像接收器和辅助组件，所述图像接收器通过辅助组件与深度图像处理模块相连接，所述图像接收器采集到的光线通过辅助组件的处理后再传输给深度图像处理模块。
7.根据权利要求6所述的多结构光图案三维传感系统，其特征在于，所述深度图像处理模块包括三维信息提取单元、数据存储单元、数据匹配单元和图像处理单元；所述三维信息提取单元与辅助组件相连接，且所述三维信息提取单元和数据存储单元均与数据匹配单元相连接，且所述数据匹配单元与图像处理单元相连接，且该图像处理单元对三维信息进行处理后发送至成像处理单元进行成像。
8.根据权利要求1所述的多结构光图案三维传感系统，其特征在于，所述图像采集装置与目标之间设置有强光抑制装置，图像接收装置接收经过强光抑制装置过滤后的目标图像信息，并发送给图像采集装置。
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