CN109596064B - 双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正装置和方法 - Google Patents

双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正装置和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109596064B
CN109596064B CN201811497904.4A CN201811497904A CN109596064B CN 109596064 B CN109596064 B CN 109596064B CN 201811497904 A CN201811497904 A CN 201811497904A CN 109596064 B CN109596064 B CN 109596064B
Authority
CN
China
Prior art keywords
lens
laser
sample
scanning
dichroic mirror
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201811497904.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109596064A (zh
Inventor
刘俭
李勇
王伟波
刘辰光
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN201811497904.4A priority Critical patent/CN109596064B/zh
Publication of CN109596064A publication Critical patent/CN109596064A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109596064B publication Critical patent/CN109596064B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures

Abstract

本发明双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正方法属于光学共焦显微技术领域和光学精密测量领域。针对扫描振镜在测量过程中出现的位置误差给测量信号带来随机误差的问题，本发明公开了一种双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正方法，通过设计两路探测光路分别对标准样品与待测样品同时进行共焦扫描测量，样品经过一次形变后，再次对两样品进行测量，通过将两次对标准样品的测量信号相减便可以得到扫描振镜带来的误差信号，将两次对标准样品的测量信号进行亚像素匹配便可以得到每一点的位置偏差，利用该位置偏差信号对二维扫描振镜位置误差进行补偿。

Description

双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正装置和方法
技术领域
本发明双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正装置和方法属于光学共焦显微技术领域和光学精密测量领域。
背景技术
双目立体视觉是机器视觉的一种重要形式，它是基于视差原理并利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点间的位置偏差，来获取物体三维几何信息的方法。双目立体视觉测量方法具有效率高、精度合适、系统结构简单、成本低等优点，其在移动机器人的自主导航系统，航空及遥感测量，工业自动化系统等领域都有重要应用。
激光共焦扫描技术无论在工业测量领域还是在高尖端测量领域都有着十分广泛的应用，激光共焦扫描技术有着非接触测量，轴向分辨力高，扫描速度快等特点。在激光共焦扫描显微技术中，通常使用二维振镜扫描，利用安装在2个互相垂直伺服转机上的平面反射镜绕互成角度，围绕转轴转动，使扫描光束按照一定角度和速度向x、y轴2个方向扫描，实现目标空间平面扫描的扫描方式。然而在实际测量过程中，二维振镜每次测量存在着随机误差，因此，为提高样品测量精度，需要对此误差进行矫正。
发明内容
在光学共焦显微技术领域和光学精密测量领域中，针对扫描振镜在测量过程中出现的位置误差给测量信号带来随机误差的问题，本发明公开了一种双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正方法，通过设计两路探测光路分别对标准样品与待测样品进行共焦扫描测量，样品经过一次形变后，再次对两样品进行测量，将两次对标准样品的测量信号进行亚像素匹配便可以得到每一点的位置偏差，利用该位置偏差信号对二维扫描振镜位置误差进行补偿，进而可抑制系统的随机误差，进而提高信噪比，对双目立体视觉技术与共焦显微测量技术的发展都有推动作用。
本发明的目的是这样实现的：
一种双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正装置，包括：由待测样品、摄影镜头、场镜一、物镜一、二向色镜一、1/4波片、管镜、场镜二、扫描透镜、二维扫描振镜、二向色镜二、PBS一、激光器一、聚焦透镜一、针孔一、PMT探测器一、激光器二、PMT探测器二、针孔二、聚焦透镜二、PBS二、标准样品和物镜二组成的测量光路，所述物镜一焦点与场镜一光心重合。所述管镜焦点、扫描透镜焦点和场镜二光心重合。所述激光器一发出波长633nm红色激光，激光器二发出532nm波长绿色激光，二向色镜一与二向色镜二对红色激光几乎完全透过，对绿色激光几乎完全反射。激光器一发出633nm红色激光后经PBS一反射并完全透过二向色镜二，经二维扫描振镜反射与扫描透镜聚焦于场镜二光心位置，光线被管镜扩束后经过1/4波片，再通过二向色镜一，经物镜一聚焦于场镜一光心位置，光束通过摄影镜头聚焦于待测样品表面，经待测样品反射后原路返回通过PBS一和聚焦透镜一通过针孔一被PMT探测器一接收。激光器二发出波长532nm绿色激光，经PBS二并被二向色镜二完全反射，光线经二维扫描振镜反射与扫描透镜聚焦于场镜光心位置，再被管镜扩束后经过1/4波片，再被二向色镜一完全反射，光束经物镜二聚焦至标准样品表面并经其反射后原路返回至PBS二，光束完全透过后经聚焦透镜二聚焦，通过针孔二后被PMT探测器二接收。
一种在上述双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正装置上实现的扫描振镜位置误差矫正方法，包括以下步骤：
步骤a、开启激光器一与激光器二，控制二维扫描振镜，使两路激光在待测样品和标准样品表面偏转，分别完成对待测样品及标准样品的扫描，相应的PMT探测器一和PMT探测器二得到两个探测信号I11和I12；
步骤b、给待测样品表面一个形变，再次开启激光器一与激光器二，控制二维扫描振镜，使两路激光在待测样品和标准样品表面偏转，分别完成对待测样品及标准样品的扫描，相应的PMT探测器一和PMT探测器二得到两个探测信号I21和I22；
步骤c、将PMT探测器二对标准样品的两次测量信号进行亚像素匹配，可以得到由扫描振镜在两次测量过程中带来的随机误差信号Iδ；
步骤d、为了得到待测样品的形变量，需将随机误差信号补偿到PMT探测器一对待测样品的两次测量中，即计算出实际的两次测量的每一个像素点的移动步长。
有益效果：
本发明实现了基于双目共焦立体视觉扫描装置的扫描振镜位置误差矫正，具体体现在以下方面：
第一、本发明通过独特的光路设计，设置两路测量光路分别对待测样品与标准样品进行测量，通过对标准样品的两次测量信号作差可以得到扫描振镜两次测量过程中的位置误差信号；
第二、本发明通过对待测样品形变前后的两次测量，计算其信号差值可得到由样品形变带来的信号变化，再减去误差信号可实现扫描振镜位置误差的实时矫正。
附图说明
图1是本发明双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正装置的结构示意图。
图中：1待测样品、2摄影镜头、3场镜一、4物镜一、5二向色镜一、61/4波片、7管镜、8场镜二、9扫描透镜、10二维扫描振镜、11二向色镜二、12PBS一、13激光器一、14聚焦透镜一、15针孔一、16PMT探测器一、17激光器二、18PMT探测器二、19针孔二、20聚焦透镜二、21PBS二、22标准样品和23物镜二。
具体实施例
下面结合附图对本发明具体实施例做进一步详细描述。
具体实施例一
本实施例是对待测样品形变量进行的一次扫描振镜位置误差矫正的测量，本实例的双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正装置结构示意图如图1所示。该装置包括1待测样品、2摄影镜头、3场镜一、4物镜一、5二向色镜一、61/4波片、7管镜、8场镜二、9扫描透镜、10二维扫描振镜、11二向色镜二、12PBS一、13激光器一、14聚焦透镜一、15针孔一、16PMT探测器一、17激光器二、18PMT探测器二、19针孔二、20聚焦透镜二、21PBS二、22标准样品和23物镜二。
所述物镜二23与物镜一4完全相同，聚焦透镜二20与聚焦透镜一14完全相同，所述物镜一4焦点与场镜3光心重合，所述管镜7焦点、扫描透镜9焦点和场镜二8光心重合，所述激光器一13发出波长633nm红色激光，激光器二17发出532nm波长绿色激光，二向色镜一5与二向色镜二11对红色激光完全透过，对绿色激光完全反射，激光器一13发出633nm红色激光后经PBS一12反射并完全透过二向色镜二11，经二维扫描振镜10反射与扫描透镜9聚焦于场镜8光心位置，光线被管镜7扩束后经过1/4波片6，再通过二向色镜一5经物镜一4聚焦于场镜3光心位置，光束通过摄影镜头2聚焦于待测样品1表面，经待测样品1反射后原路返回通过PBS一12和聚焦透镜一14通过针孔一15被PMT探测器一16接收，激光器二17发出波长532nm绿色激光，经PBS二21并被二向色镜二11完全反射，光线经二维扫描振镜10反射与扫描透镜9聚焦于场镜8光心位置，再被管镜7扩束后经过1/4波片6，再被二向色镜一5完全反射，光束经物镜二23聚焦至标准样品22表面并经其反射后原路返回至PBS二21，光束完全透过后经聚焦透镜二20聚焦，通过针孔二19后被PMT探测器二18接收。
步骤a、开启激光器一13与激光器二17，控制二维扫描振镜10，使两路激光在待测样品22和标准样品1表面偏转，分别完成对待测样品1及标准样品22的扫描，相应的PMT探测器一16和PMT探测器二18得到两个探测信号I11和I12；
步骤b、给待测样品22表面一个形变，再次开启激光器一13与激光器二17，控制二维扫描振镜10，使两路激光在待测样品22和标准样品1表面偏转，分别完成对待测样品1及标准样品22的扫描，相应的PMT探测器一16和PMT探测器二18得到两个探测信号I21和I22；
步骤c、将PMT探测器二18对标准样品的两次测量信号进行亚像素匹配，可以得到由扫描振镜在两次测量过程中带来的随机误差信号Iδ；
步骤d、为了得到待测样品的形变量，需将随机误差信号补偿到PMT探测器一16对待测样品的两次测量中，即计算出实际的两次测量的每一个像素点的移动步长。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化或方法改进，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正装置，其特征在于，包括：由待测样品(1)、摄影镜头(2)、场镜一(3)、物镜一(4)、二向色镜一(5)、1/4波片(6)、管镜(7)、场镜二(8)、扫描透镜(9)、二维扫描振镜(10)、二向色镜二(11)、PBS一(12)、激光器一(13)、聚焦透镜一(14)、针孔一(15)、PMT探测器一(16)、激光器二(17)、PMT探测器二(18)、针孔二(19)、聚焦透镜二(20)、PBS二(21)、标准样品(22)和物镜二(23)组成的测量光路，所述物镜二(23)与物镜一(4)完全相同，聚焦透镜二(20)与聚焦透镜一(14)完全相同，所述物镜一(4)焦点与场镜(3)光心重合，所述管镜(7)焦点、扫描透镜(9)焦点和场镜二(8)光心重合，所述激光器一(13)发出波长633nm红色激光，激光器二(17)发出532nm波长绿色激光，二向色镜一(5)与二向色镜二(11)对红色激光完全透过，对绿色激光完全反射，激光器一(13)发出633nm红色激光后经PBS一(12)反射并完全透过二向色镜二(11)，经二维扫描振镜(10)反射与扫描透镜(9)聚焦于场镜(8)光心位置，光线被管镜(7)扩束后经过1/4波片(6)，再通过二向色镜一(5)经物镜一(4)聚焦于场镜(3)光心位置，光束通过摄影镜头(2)聚焦于待测样品(1)表面，经待测样品(1)反射后原路返回通过PBS一(12)和聚焦透镜一(14)通过针孔一(15)被PMT探测器一(16)接收，激光器二(17)发出波长532nm绿色激光，经PBS二(21)并被二向色镜二(11)完全反射，光线经二维扫描振镜(10)反射与扫描透镜(9)聚焦于场镜(8)光心位置，再被管镜(7)扩束后经过1/4波片(6)，再被二向色镜一(5)完全反射，光束经物镜二(23)聚焦至标准样品(22)表面并经其反射后原路返回至PBS二(21)，光束完全透过后经聚焦透镜二(20)聚焦，通过针孔二(19)后被PMT探测器二(18)接收。
2.一种基于权利要求1所述的双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正装置的双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a、开启激光器一(13)与激光器二(17)，控制二维扫描振镜(10)，使两路激光在待测样品(22)和标准样品(1)表面偏转，分别完成对待测样品(1)及标准样品(22)的扫描，相应的PMT探测器一(16)和PMT探测器二(18)得到两个探测信号I11和I12；
步骤b、给待测样品(1)表面一个形变，再次开启激光器一(13)与激光器二(17)，控制二维扫描振镜(10)，使两路激光在待测样品(22)和标准样品(1)表面偏转，分别完成对待测样品(1)及标准样品(22)的扫描，相应的PMT探测器一(16)和PMT探测器二(18)得到两个探测信号I21和I22；
步骤c、将PMT探测器二(18)对标准样品的两次测量信号进行亚像素匹配，得到由扫描振镜在两次测量过程中带来的随机误差信号Iδ；
步骤d、为了得到待测样品的形变量，需将随机误差信号补偿到PMT探测器一(16)对待测样品的两次测量中，即计算出实际的两次测量的每一个像素点的移动步长。
3.根据权利要求2所述的双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正方法，其特征在于，所述步骤c和所述步骤d可完成对扫描振镜位置误差的实时矫正。
CN201811497904.4A 2018-12-07 2018-12-07 双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正装置和方法 Expired - Fee Related CN109596064B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811497904.4A CN109596064B (zh) 2018-12-07 2018-12-07 双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正装置和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811497904.4A CN109596064B (zh) 2018-12-07 2018-12-07 双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正装置和方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109596064A CN109596064A (zh) 2019-04-09
CN109596064B true CN109596064B (zh) 2020-06-05

Family

ID=65961491

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811497904.4A Expired - Fee Related CN109596064B (zh) 2018-12-07 2018-12-07 双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正装置和方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109596064B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109883342B (zh) * 2019-04-19 2020-02-14 北京理工大学 横向相减差动共焦镜组间隙测量方法
CN114636373A (zh) * 2022-05-23 2022-06-17 中国人民解放军国防科技大学 一种基于双目相机的激光振镜标定方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102152007A (zh) * 2011-03-15 2011-08-17 北京金橙子科技有限公司 一种精密的振镜校正系统及校正方法
CN102429638A (zh) * 2011-10-26 2012-05-02 中国科学院光电技术研究所 一种基于图像相关的视网膜抖动校正装置和方法
CN102860817A (zh) * 2012-10-12 2013-01-09 中国科学院光电技术研究所 一种基于双波前校正器的激光扫描共焦检眼镜装置
CN102941410A (zh) * 2012-10-18 2013-02-27 北京航空航天大学 一种点扫描三维测量系统振镜标定方法
CN103091837A (zh) * 2013-01-24 2013-05-08 东南大学 利用抛物面镜校正扫描角度的激光扫描采样装置
CN204272239U (zh) * 2014-12-19 2015-04-15 武汉楚天工业激光设备有限公司 一种视觉激光扫描误差矫正系统
CN104551411A (zh) * 2014-11-18 2015-04-29 南京大学 一种双目立体视觉引导下的激光振镜加工系统的标定方法
CN106949845A (zh) * 2017-01-19 2017-07-14 南京航空航天大学 基于双目立体视觉的二维激光振镜扫描系统及标定方法
CN107991235A (zh) * 2017-11-30 2018-05-04 哈尔滨工业大学 共焦显微镜模式像差矫正装置
CN108037074A (zh) * 2017-11-30 2018-05-15 哈尔滨工业大学 共焦显微镜模式像差矫正方法
CN108072972A (zh) * 2016-11-16 2018-05-25 天津市远卓自动化设备制造有限公司 一种激光振镜装置校正系统和校正方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030197117A1 (en) * 2002-04-22 2003-10-23 Knirck Jeffrey G. Method and apparatus for compensating a vector command to a galvanometer with light beam pointing error information
US10821508B2 (en) * 2013-08-15 2020-11-03 General Electric Company System and methods for enhancing the build parameters of a component

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102152007A (zh) * 2011-03-15 2011-08-17 北京金橙子科技有限公司 一种精密的振镜校正系统及校正方法
CN102429638A (zh) * 2011-10-26 2012-05-02 中国科学院光电技术研究所 一种基于图像相关的视网膜抖动校正装置和方法
CN102860817A (zh) * 2012-10-12 2013-01-09 中国科学院光电技术研究所 一种基于双波前校正器的激光扫描共焦检眼镜装置
CN102941410A (zh) * 2012-10-18 2013-02-27 北京航空航天大学 一种点扫描三维测量系统振镜标定方法
CN103091837A (zh) * 2013-01-24 2013-05-08 东南大学 利用抛物面镜校正扫描角度的激光扫描采样装置
CN104551411A (zh) * 2014-11-18 2015-04-29 南京大学 一种双目立体视觉引导下的激光振镜加工系统的标定方法
CN204272239U (zh) * 2014-12-19 2015-04-15 武汉楚天工业激光设备有限公司 一种视觉激光扫描误差矫正系统
CN108072972A (zh) * 2016-11-16 2018-05-25 天津市远卓自动化设备制造有限公司 一种激光振镜装置校正系统和校正方法
CN106949845A (zh) * 2017-01-19 2017-07-14 南京航空航天大学 基于双目立体视觉的二维激光振镜扫描系统及标定方法
CN107991235A (zh) * 2017-11-30 2018-05-04 哈尔滨工业大学 共焦显微镜模式像差矫正装置
CN108037074A (zh) * 2017-11-30 2018-05-15 哈尔滨工业大学 共焦显微镜模式像差矫正方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
三维激光扫描系统的固有误差校正算法;赵中民等;《激光与红外》;20160131;第46卷(第1期);第34-38页 *
双激光共聚焦生物芯片荧光分析仪的研究与开发;王立强;《中国博士学位论文全文数据库（基础科学辑）》;20040315(第3期);第A005-18页 *
复色差动共焦扫描测量;刘俭;《航空精密制造技术》;20080331;第44卷(第3期);第27页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109596064A (zh) 2019-04-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103791860B (zh) 基于视觉检测技术的微小角度测量装置及方法
CN109975820B (zh) 基于Linnik型干涉显微镜的同步偏振相移检焦系统
CN111220090A (zh) 一种线聚焦差动彩色共焦三维表面形貌测量系统及方法
CN102589428B (zh) 基于非对称入射的样品轴向位置跟踪校正的方法和装置
CN110849289A (zh) 一种双摄像头并行共焦差动显微3d形貌测量装置及方法
KR20200105498A (ko) 3차원 재구성 시스템 및 3차원 재구성 방법
CN108332946A (zh) 一种微透镜阵列模具车削加工中的反射焦距在位检测方法
CN109596064B (zh) 双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正装置和方法
GB2539844A (en) Dual-optical-path optical centering instrument for eliminating stray light
CN211876977U (zh) 一种线聚焦差动彩色共焦三维表面形貌测量系统
CN210922541U (zh) 一种双摄像头并行共焦差动显微3d形貌测量装置
CN103712562A (zh) 一种高精度激光微位移传感和定位方法及装置
CN111707450A (zh) 光学镜头焦平面与机械安装面位置关系检测装置及方法
CN207540510U (zh) 一种用于检测透镜中心偏离的装置
US10739125B2 (en) Precision measurement system using interferometer and image
JP2016148569A (ja) 画像測定方法、及び画像測定装置
KR20110065365A (ko) 비구면체 측정 방법 및 장치
CN109470147B (zh) 自适应高分辨力立体视觉系统与测量方法
JP2002296018A (ja) ３次元形状計測装置
CN109341600A (zh) 一种三轴光电自准直仪
CN107830823A (zh) 一种用于检测透镜中心偏离的装置
JP4651550B2 (ja) 三次元座標計測装置および方法
CN110702036B (zh) 一种复光束角度传感器及小型非球面形貌检测方法
CN106383396A (zh) 一种基于表面反射像的微米级光电定心方法及装置
CN109470148A (zh) 旋转柱面镜高分辨力立体视觉系统与测量方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20200605

Termination date: 20211207

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee