CN109495692A - 一种基于立体机器视觉的激光自动聚焦打击装置 - Google Patents

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向阳
林洁雯
李亚军
熊瑛
胡正方
陈益千
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    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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Abstract

本发明公开了一种基于立体机器视觉的激光自动聚焦打击装置，基于立体机器视觉的激光自动聚焦打击装置由激光发射器、聚焦镜头、双目视觉系统、步进电机、同步带传动系统、绝对值编码器和控制器组成。基于立体机器视觉的激光自动聚焦打击装置工作时，通过双目视觉系统获取视野下方图像，并通过图像处理获得图像中央目标的距离信息，通过步进电机驱动同步带传动系统进而驱动聚焦镜头旋转从而改变焦距，使激光聚焦于目标，发射激光束实现自动聚焦打击。与现有技术相比，本发明能够方便地安装于相关激光设备上，具有激光打击能量集中、激光发射器无需轴向移动、调焦范围宽、调焦精度高及自动化程度高的优点。

Description

一种基于立体机器视觉的激光自动聚焦打击装置
技术领域
本发明涉及激光自动调焦技术领域，尤其涉及一种基于立体机器视觉的激光自动聚焦打击装置。
背景技术
激光是20世纪以来继核能、半导体之后，人类的又一重大发明，具有单色性好、方向性好、能量密度高等优点，在很多领域得到了广泛的应用。利用激光能量密度高的优点可以实现对害虫等特定目标的快速打击，但要实现最佳打击效果则必须保证合适的焦距，才能将激光能量尽可能聚集以达到最高的能量密度。在激光调焦技术方面，目前最常用的调焦方式是手动调焦，这种方法仅适用于同一距离目标的激光打击，对于不同距离目标的激光打击则会由于焦点不一致影响打击效果。现有的自动调焦技术多通过红外传感器监测激光发射端与目标的距离，并通过电机调整激光发射器在轴向的位置，使焦点聚焦于目标上。这种方式虽能够适应不同距离的激光打击，但是激光发射器在轴向调整占用大量的时间，工作效率较低。同时，高度调整范围越大，激光发射器在轴向占用的空间越大，不具有良好的通用性。
发明内容
本发明的目的在于针对目前激光自动调焦技术速度慢、通用性差等问题，提出一种基于立体机器视觉的激光自动聚焦打击装置。
为实现本发明的目的，本发明采取以下技术方案：一种基于立体机器视觉的激光自动聚焦打击装置，包括激光发射器，聚焦镜头，双目视觉系统，步进电机，同步带传动系统，绝对值编码器和控制器组成。所述激光发射器为半导体激光器，所述聚焦镜头通过螺旋接口安装在所述激光发射器的激光输出口。所述的双目视觉系统用于获取打击目标的距离信息，包括两台规格参数相同的相机，两台相机分别同向平行等距安装在激光发射器的两侧，所述步进电机采用双输出轴结构，平行安装于激光发射器的另一侧。所述同步带传动系统包括两个同步轮和一根同步带，两个同步轮中一个与聚焦镜头相连接，另一个与所述步进电机的一端输出轴相连接。所述绝对值编码器与所述步进电机的另一端输出轴相连接，所述步进电机旋转时通过所述同步带传动系统驱动聚焦镜头旋转从而改变焦距，所述步进电机同时驱动所述绝对值编码器，所述绝对值编码器提供所述步进电机的绝对转角信息进而提供实际焦距的信息。所述控制器与所述激光发射器、所述双目视觉系统、所述步进电机及所述绝对值编码器相连接。工作时，通过双目视觉系统获取视野下方图像，并通过图像处理获得图像中央目标的距离信息，通过步进电机驱动同步带传动系统进而驱动聚焦镜头旋转从而改变焦距，使激光聚焦于目标，发射激光束实现自动聚焦打击。
与现有技术相比，本发明的有益效果是，提供一种基于立体机器视觉的激光自动聚焦打击装置，通过双目视觉系统获取目标距离信息，并通过步进电机和同步带传动系统驱动聚焦镜头旋转实现焦距调整，保证激光聚焦在目标上。相对现有激光自动调焦技术，本发明能够方便地安装于相关激光设备上，具有激光打击能量集中、激光发射器无需轴向移动、调焦范围宽、调焦精度高及自动化程度高的优点。
附图说明
图1所示为基于立体机器视觉的激光自动聚焦打击装置轴测图。
图2所示为基于立体机器视觉的激光自动聚焦打击装置系统控制原理图。
图3所示为本发明基于立体机器视觉的激光自动聚焦打击原理示意图。
图中：1、激光发射器；2、相机；3、同步带；4、聚焦镜头；5、同步轮；6、步进电机；7、绝对值编码器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
如图1所示为基于立体机器视觉的激光自动聚焦打击装置轴测图，基于立体机器视觉的激光自动聚焦打击装置包括激光发射器1、聚焦镜头4、双目视觉系统、步进电机6、同步带传动系统、绝对值编码器7和控制器组成。所述激光发射器1为半导体激光器，聚焦镜头4通过螺旋接口安装在激光发射器1的输出口。双目视觉系统包括两个参数相同的相机2，两台相机2分别同向平行等距安装在激光发射器1的两侧。步进电机6采用双输出轴结构平行安装于激光发射器1的另一侧。同步带传动系统包括同步带3和两个同步轮5，两个同步轮5其中一个与聚焦镜头4相连接，另一个与步进电机6的一端输出轴相连接。绝对值编码器7与所述步进电机6的另一端输出轴相连接。
如图2所示为系统控制原理图，控制器分别与激光发射器1、双目视觉系统、步进电机6、绝对值编码器7连接。双目视觉系统用于获取打击目标的距离信息，绝对值编码器7提供步进电机6的绝对转角信息进而提供实际焦距信息。控制器根据打击目标的距离信息，通过步进电机6和同步带传动系统驱动聚焦镜头4旋转调整焦距，使激光聚集于目标，实现自动聚焦打击。
如图3所示为基于立体机器视觉的激光自动聚焦打击原理示意图，基于立体机器视觉的激光自动聚焦打击装置工作时，装置在激光发射器1轴向不产生位移，两相机2分别在A、B点获取目标的图像，通过图像处理，得到目标图像中心点C 在笛卡尔坐标系下的Z轴深度H1，步进电机6旋转带动同步带传动系统驱动聚焦镜头4旋转从而调整焦距至f1，使聚焦镜头4发射的激光束聚焦于点C1。当目标在不同深度H2时，同步带传动系统再次驱动聚焦镜头4调整焦距至f2，聚焦镜头4发射的激光聚焦于C2，实现自动聚焦打击。
虽然结合附图描述了本发明的实施方法，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变形，这样的修改和变形均落入由所属权利要求所限定的范围内。

Claims (3)

1.一种基于立体机器视觉的激光自动聚焦打击装置，其特征在于，由激光发射器，聚焦镜头，双目视觉系统，步进电机，同步带传动系统，绝对值编码器和控制器组成，所述聚焦镜头通过螺旋接口安装在所述激光发射器的激光输出口，所述的双目视觉系统用于获取打击目标的距离信息，包括两台规格参数相同的相机，两台相机分别同向平行等距安装在激光发射器的两侧，所述步进电机采用双输出轴结构，平行安装于激光发射器的另一侧，所述同步带传动系统包括两个同步轮和一根同步带，两个同步轮中一个与聚焦镜头相连接，另一个与所述步进电机的一端输出轴相连接，所述绝对值编码器与所述步进电机的另一端输出轴相连接，所述步进电机旋转时通过所述同步带传动系统驱动聚焦镜头旋转从而改变焦距，所述步进电机同时驱动所述绝对值编码器，所述绝对值编码器提供所述步进电机的绝对转角信息进而提供实际焦距的信息，所述控制器与所述激光发射器、所述双目视觉系统、所述步进电机及所述绝对值编码器相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于立体机器视觉的激光自动聚焦打击装置，其特征在于：所述激光发射器为半导体激光器。
3.根据权利要求1所述的一种基于立体机器视觉的激光自动聚焦打击装置，其特征在于：所述的控制器用于读取所述双目视觉系统提供的打击目标距离信息和所述绝对值编码器提供的实际焦距信息，并通过所述的步进电机和所述的同步带传动系统驱动所述聚焦镜头旋转从而改变焦距。
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