CN110702033A - 一种基于纳秒脉冲线激光源的三维扫描仪 - Google Patents
一种基于纳秒脉冲线激光源的三维扫描仪 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110702033A CN110702033A CN201910994401.6A CN201910994401A CN110702033A CN 110702033 A CN110702033 A CN 110702033A CN 201910994401 A CN201910994401 A CN 201910994401A CN 110702033 A CN110702033 A CN 110702033A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- nanosecond
- pulse
- infrared
- repetition frequency
- 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.)
- Pending
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
- G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
- G01B11/2545—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object with one projection direction and several detection directions, e.g. stereo
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于纳秒脉冲线激光源的三维扫描仪，通过利用4个不同位置的线激光源配合四个摄像头可以实现360度全方位的探测，当纳秒脉冲线激光源照射到被测物体的表面后，采用红外照相机外加滤光镜可以拍摄得到被测物体带有红外线光线的图像，再通过计算机图像恢复技术可以恢复出物体被切片后每一层的轮廓，最后通过位移升降平台的移动来实现物体轮廓的全方位扫描。本发明采用重频可调的方波脉冲触发电路板可以实现脉冲光和照相机同步从而在物理层面实现图像降噪，有利于图像的恢复，可以减少图像出现的噪点，进一步提高光学探测精度，本发明设计简单、结构紧凑，易于实现产业化。
Description
技术领域
本发明公开了一种基于纳秒脉冲线激光源的三维扫描仪，属于激光测量技术领域。
背景技术
激光三维扫描仪是一种通过激光束来扫描物体表面从而获取物体三维特征信息的一种精密光学探测仪器。也是目前三维空间信息获取中最先进的仪器。但是目前随着3D打印、逆向设计等新兴技术的发展，人们对于设计和获取高精度的三维立体模型有着更大的需求。激光三维扫描仪凭借其非接触、无损伤、高精度等优良特性引起了人们的广泛关注。
通过光投射的方式来获取物体三维特征信息的方法有很多，其中主要包括光栅法、多点投射法以及线光源法。线激光源三维扫描仪因其光源波段的多样性和激光线宽的可控性，再结合高分辨率摄像头以及精密控制系统，可以获得被扫描物体极为精细的三维特征信息，从而实现高精度探测。常规的线光源采用的都是由LED管配合外部透镜实现线宽可调的线光源输出，本发明是通过利用增益调制激光器技术产生纳秒脉冲再通过合适的透镜转化为线激光源扫描物体表面。
发明内容
本发明的目的在于设计了一种基于纳秒脉冲线激光源的新型三维扫描仪，通过利用4个不同位置的线激光源配合四个摄像头可以实现360度全方位的探测，当纳秒脉冲线激光源照射到被测物体的表面后，采用红外照相机外加滤光镜可以拍摄得到被测物体带有红外线光线的图像，再通过计算机图像恢复技术可以恢复出物体被切片后每一层的轮廓，最后通过位移升降平台的移动来实现物体轮廓的全方位扫描。
为使上述方案设计得以实现，本发明采用的技术方案是设计一种基于纳秒脉冲的线激光源三维扫描仪，其中纳秒脉冲线激光源三维扫描仪由纳秒脉冲激光器(1)、光束整形透镜(2)、滤光镜头(3)、重复频率可调的方波脉冲电路板(4)、红外照相机(5)、升降平台(6)、数据采集卡(7)和计算机(8)组成。
四个纳秒脉冲激光器(1)对称设置在升降平台(6)的四周，被扫描物体放置在升降平台(6)上；首先利用重复频率可调的方波脉冲电路(4)对纳秒脉冲激光器(1)中的泵浦激光器进行增益调制，由此使得纳秒脉冲激光器输出纳秒脉冲激光，同时脉冲电路板(4)同步触发红外照相机(5)采集图像。纳秒脉冲激光器(1)发射出的激光束经过光学透镜整形(2)后，激光束由椭圆的光斑变为景深为5cm的红外线光源，使得红外线光源横着照射在被扫描物体表面，如果被扫描物体是一圆柱，则能够在圆柱上探测到一条弯曲的横线；采用四套滤光镜头(3)和红外照相机(5)均匀摆放在被扫描物体四周能够全方位探测目标，红外摄像头(5)采集照射在被扫描物体上的红外光线图像，传递给数据采集卡(7)并存储起来，计算机(8)通过调用数据采集卡(7)里存储的图像信息再将物体还原出来，一次测量只能得到被扫描物体被切片的一层外轮廓，通过控制升降平台(6)让红外线光源扫过被扫描物体，进而实现对被扫描物体的整体扫描。
所用到的升降平台(6)是最小移动尺度达到纳米级别。
一个激光器至少包括谐振腔、增益介质和泵浦源。在纳秒脉冲激光器中泵浦源就是泵浦激光器；
纳秒脉冲激光器：纳秒脉冲激光器的作用就是产生重频可调的纳秒脉冲。产生纳秒脉冲的过程是由重频可调的方波脉冲产生方波加载到纳秒脉冲激光器内的泵浦激光器上，通过对泵浦激光器进行增益调制进而促使整个激光器产生纳秒脉冲。
光束整形透镜：整形透镜的位置在纳秒脉冲激光器输出口的前面，其作用是把纳秒脉冲输出的椭圆形光斑变成现宽可随透镜前后移动而调节的线光源，将激光先扩束再整形形成线光源。
滤光透镜：滤光透镜的作用是只允许纳秒脉冲产生的1um波段的光通过透镜，其他波段被过滤掉。这样降低外部环境光的干扰，更好的探测到纳秒脉冲产生的红外光束。
重频可调的方波脉冲电路板：重频可调的方波脉冲电路板，由电源模块，脉冲发生模块，重频控制模块和输出模块组成，电源模块为整个电路板供电，脉冲发生模块用于产生方波脉冲，重频控制模块用于控制脉冲的重频，输出模块用于输出脉冲可调节的方波脉冲。
重频可调的方波脉冲有两个作用一是用来对纳秒脉冲激光器进行增益调制；二是用来对接红外照相机的外部触发电路，通过外部触发来使红外照相机进行拍照，这样可以使纳秒脉冲激光器产生激光的同时实现照相机的同步拍照。
红外照相机：红外照相机的作用是对物体进行照相，因为该照相机是红外照相机所以它可以捕捉到红外波段的图像。所以本来处于红外波段的线光源射到物体表面的像，本来是不能被普通的照相机所观察到的，由于红外照相机所能感光红外波段所以其能观察到红外线激光射到物体的情况。
与其他装置的联系：红外照相机能采集到红外波段的图像，所以其能探测到纳秒脉冲激光器射出的线激光。红外照相机采集到的图片存入数据采集卡(7)中。
升降平台：升降平台用控制物体上升和下降。
与其他装置的联系：计算机控制升降平台的速度以及其是上升还是下降。
数据采集卡：用于存储从其他装置传过来的图像、串口数据以及其它信号。
与其他装置的联系:红外照相机的数据存储其中，计算机调用这些数据进行图像恢复。
计算机：控制重频可调的方波脉冲电路板的重频；控制升降平台升降和速度；提取数据采集卡中的数据进行三维图像的恢复。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
1、本发明利用红外脉冲光源作为线激光源与传统的红光线光源相比其红外特性可以更好的抵抗外部环境光的干扰，同时采用重频可调的方波脉冲触发电路板可以实现脉冲光和照相机同步从而在物理层面实现图像降噪，有利于图像的恢复。
2、本发明在图像数据处理上采用的是相邻图像异或处理的方法，可以减少图像出现的噪点，进一步提高光学探测精度。
3、本发明设计简单、结构紧凑，易于实现产业化。
附图说明
图1为三维扫描仪的一般原理方框图。
图2为基于纳秒脉冲激光器的三维扫描仪原理图。
图中：1、纳秒脉冲激光器，2、光束整形透镜，3、滤光镜头，4、重频可调的方波脉冲电路板，5、红外摄像头，6、升降平台，7、数据采集卡，8、计算机
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
图1是线光源三维扫描仪的一般原理方框图。图中的扫描仪由线光源、图像采集系统，控制系统，图像恢复系统组成。其中，图像采集系统包括照相机和滤光片等。控制系统包括相关控制的电路板和电机等，图像恢复系统包括带有三维点云处理的计算机软件。线激光照射到物体上，照相机采集物体的图片，通过控制系统控制照相机的采集和相关控制一起的运作最终采集到物体的全部信息，计算机的相关算法可以将物体的三维信息在电脑的中恢复出来，进而可以获得探测物体的三维特征信息。
一种基于纳秒脉冲线激光源的三维扫描仪，图2是本发明对物体进行三维扫描时的原理图，其中，所述的三维扫描仪由纳秒脉冲激光器(1)，、光束整形透镜(2)、滤光镜头(3)、重频可调的方波脉冲电路板(4)、红外摄像头(5)、升降平台(6)、数据采集卡(7)和计算机(8)组成。
重频可调的方波脉冲电路对纳秒脉冲激光器中的泵浦激光器进行增益调制，促使纳秒脉冲激光器产生纳秒脉冲，同时也可同步触发红外照相机采集物体的图片，照相机通过滤光镜头采集到的图片可以很好的降低环境光杂光的影响，纳秒脉冲激光器射出的激光经过光学整形透镜(2)整形，光斑由椭圆型的光斑变为景深为5cm的红外线光源，红外线光源横着照射物体上，假设物体是一个圆柱则可在圆柱上探测到一条弯曲的横线，采用相同配置的线光源和摄像头4套摆放在四角上使之能够全方位探测目标，红外摄像头(5)采集照射在物体上的红外光线图像，传递给数据采集卡(7)存储起来，计算机通过调用数据采集卡(7)里的信息再将物体还原出来，一次测量只能得到物体被切片的一层外轮廓，通过控制纳米升降平台(6)让线光源扫过整个物体，进而实现对物体的整体扫描。
Claims (10)
1.一种基于纳秒脉冲线激光源的三维扫描仪，其特征在于：由纳秒脉冲激光器(1)、光束整形透镜(2)、滤光镜头(3)、重复频率可调的方波脉冲电路板(4)、红外照相机(5)、升降平台(6)、数据采集卡(7)和计算机(8)组成；
四个纳秒脉冲激光器(1)对称设置在升降平台(6)的四周，被扫描物体放置在升降平台(6)上；首先利用重复频率可调的方波脉冲电路(4)对纳秒脉冲激光器(1)中的泵浦激光器进行增益调制，由此使得纳秒脉冲激光器输出纳秒脉冲激光，同时脉冲电路板(4)同步触发红外照相机(5)采集图像；纳秒脉冲激光器(1)发射出的激光束经过光学透镜整形(2)后，激光束由椭圆的光斑变为景深为5cm的红外线光源，使得红外线光源横着照射在被扫描物体表面，如果被扫描物体是一圆柱，则能够在圆柱上探测到一条弯曲的横线；采用四套滤光镜头(3)和红外照相机(5)均匀摆放在被扫描物体四周能够全方位探测目标，红外摄像头(5)采集照射在被扫描物体上的红外光线图像，传递给数据采集卡(7)并存储起来，计算机(8)通过调用数据采集卡(7)里存储的图像信息再将物体还原出来，一次测量只能得到被扫描物体被切片的一层外轮廓，通过控制升降平台(6)让红外线光源扫过被扫描物体，进而实现对被扫描物体的整体扫描。
2.根据权利要求1所述的一种基于纳秒脉冲线激光源的三维扫描仪，其特征在于：所用到的升降平台(6)是最小移动尺度达到纳米级别。
3.根据权利要求1所述的一种基于纳秒脉冲线激光源的三维扫描仪，其特征在于：纳秒脉冲激光器的作用就是产生重频可调的纳秒脉冲；产生纳秒脉冲的过程是由重频可调的方波脉冲产生方波加载到纳秒脉冲激光器内的泵浦激光器上，通过对泵浦激光器进行增益调制进而促使整个激光器产生纳秒脉冲。
4.根据权利要求1所述的一种基于纳秒脉冲线激光源的三维扫描仪，其特征在于：光束整形透镜：整形透镜的位置在纳秒脉冲激光器输出口的前面，其作用是把纳秒脉冲输出的椭圆形光斑变成现宽随透镜前后移动而调节的线光源，将激光先扩束再整形形成线光源。
5.根据权利要求1所述的一种基于纳秒脉冲线激光源的三维扫描仪，其特征在于：滤光透镜：滤光透镜的作用是只允许纳秒脉冲产生的1um波段的光通过透镜，其他波段被过滤掉。
6.根据权利要求1所述的一种基于纳秒脉冲线激光源的三维扫描仪，其特征在于：重频可调的方波脉冲电路板，由电源模块，脉冲发生模块，重频控制模块和输出模块组成，电源模块为整个电路板供电，脉冲发生模块用于产生方波脉冲，重频控制模块用于控制脉冲的重频，输出模块用于输出脉冲可调节的方波脉冲。
7.根据权利要求1所述的一种基于纳秒脉冲线激光源的三维扫描仪，其特征在于：重频可调的方波脉冲有两个作用一是用来对纳秒脉冲激光器进行增益调制；二是用来对接红外照相机的外部触发电路，通过外部触发来使红外照相机进行拍照，这样可以使纳秒脉冲激光器产生激光的同时实现照相机的同步拍照。
8.根据权利要求1所述的一种基于纳秒脉冲线激光源的三维扫描仪，其特征在于：红外照相机能感光红外波段所以其能观察到红外线激光射到物体的情况；
与其他装置的联系：红外照相机能采集到红外波段的图像，所以其能探测到纳秒脉冲激光器射出的线激光；红外照相机采集到的图片存入数据采集卡(7)中。
9.根据权利要求1所述的一种基于纳秒脉冲线激光源的三维扫描仪，其特征在于：计算机控制升降平台的速度以及其是上升还是下降；。
10.根据权利要求1所述的一种基于纳秒脉冲线激光源的三维扫描仪，其特征在于：数据采集卡用于存储从其他装置传过来的图像、串口数据以及其它信号；
计算机控制重频可调的方波脉冲电路板的重频；控制升降平台升降和速度；提取数据采集卡中的数据进行三维图像的恢复。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910994401.6A CN110702033A (zh) | 2019-10-18 | 2019-10-18 | 一种基于纳秒脉冲线激光源的三维扫描仪 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910994401.6A CN110702033A (zh) | 2019-10-18 | 2019-10-18 | 一种基于纳秒脉冲线激光源的三维扫描仪 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110702033A true CN110702033A (zh) | 2020-01-17 |
Family
ID=69200643
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910994401.6A Pending CN110702033A (zh) | 2019-10-18 | 2019-10-18 | 一种基于纳秒脉冲线激光源的三维扫描仪 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110702033A (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5635905A (en) * | 1995-02-02 | 1997-06-03 | Blackburn; Ronald E. | System for detecting the presence of an observer |
| CN102288131A (zh) * | 2011-05-12 | 2011-12-21 | 上海大学 | 物体360°轮廓误差的自适应条纹测量装置和方法 |
| CN204902788U (zh) * | 2015-08-12 | 2015-12-23 | 杭州思看科技有限公司 | 具有激光投影器曝光时间调节功能的手持激光三维扫描仪 |
| CN107796827A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-03-13 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 集成芯片裂纹检测装置及方法 |
| CN108592816A (zh) * | 2018-04-26 | 2018-09-28 | 上海交通大学 | 一种用于大尺寸表面的三维测量装置和方法 |
| CN208350999U (zh) * | 2018-05-25 | 2019-01-08 | 洛伦兹（北京）科技有限公司 | 激光探测设备 |
| CN208350660U (zh) * | 2018-06-29 | 2019-01-08 | 山西大学 | 一种青铜器表面缺陷检测系统 |
| CN109906406A (zh) * | 2016-07-20 | 2019-06-18 | 伊里西奥梅公司 | 用于生成短或超短光脉冲的系统 |
-
2019
- 2019-10-18 CN CN201910994401.6A patent/CN110702033A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5635905A (en) * | 1995-02-02 | 1997-06-03 | Blackburn; Ronald E. | System for detecting the presence of an observer |
| CN102288131A (zh) * | 2011-05-12 | 2011-12-21 | 上海大学 | 物体360°轮廓误差的自适应条纹测量装置和方法 |
| CN204902788U (zh) * | 2015-08-12 | 2015-12-23 | 杭州思看科技有限公司 | 具有激光投影器曝光时间调节功能的手持激光三维扫描仪 |
| CN109906406A (zh) * | 2016-07-20 | 2019-06-18 | 伊里西奥梅公司 | 用于生成短或超短光脉冲的系统 |
| CN107796827A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-03-13 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 集成芯片裂纹检测装置及方法 |
| CN108592816A (zh) * | 2018-04-26 | 2018-09-28 | 上海交通大学 | 一种用于大尺寸表面的三维测量装置和方法 |
| CN208350999U (zh) * | 2018-05-25 | 2019-01-08 | 洛伦兹（北京）科技有限公司 | 激光探测设备 |
| CN208350660U (zh) * | 2018-06-29 | 2019-01-08 | 山西大学 | 一种青铜器表面缺陷检测系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101652393B1 (ko) | 3차원 영상 획득 장치 및 방법 | |
| WO2015098288A1 (ja) | 画像処理装置、および画像処理方法 | |
| EP3195042B1 (en) | Linear mode computational sensing ladar | |
| US20200379114A1 (en) | Detecting system fusing lidar point cloud and image | |
| WO2006061572A1 (en) | Surface profile measurement | |
| CN112525107B (zh) | 一种基于事件相机的结构光三维测量方法 | |
| CN110471082B (zh) | 单像素激光计算成像装置及方法 | |
| US20190379881A1 (en) | Device, method and system for generating dynamic projection patterns in a camera | |
| JP2004170429A5 (zh) | ||
| CN111222472B (zh) | 一种基于结构光频域特征的人脸识别方法 | |
| CN105044131B (zh) | 大口径光学元件表面损伤检测装置和方法 | |
| Lindell et al. | Towards transient imaging at interactive rates with single-photon detectors | |
| CN112729164B (zh) | 一种基于mems的自适应点阵结构光投射方法 | |
| CN109343238A (zh) | 一种基于电光晶体偏转的压缩超高速摄影装置 | |
| CN113358272B (zh) | 一种提取激光等离子体轮廓的系统及方法 | |
| CN112987021B (zh) | 一种飞行时间法和结构光法相融合的结构光三维成像系统及方法 | |
| CN110702033A (zh) | 一种基于纳秒脉冲线激光源的三维扫描仪 | |
| WO2021099761A1 (en) | Imaging apparatus | |
| Jin et al. | Scannerless non-line-of-sight three dimensional imaging with a 32x32 SPAD array | |
| Hua et al. | Fast photon-counting imaging with low acquisition time method | |
| CN114322844B (zh) | 一种高速激光轮廓仪 | |
| CN110297255A (zh) | 3d成像系统和3d成像方法 | |
| Shin | Computational imaging with small numbers of photons | |
| KR102389380B1 (ko) | 3차원 영상의 깊이 정보 추출 장치 및 그 방법 | |
| Edgar et al. | First-photon 3d imaging with a single-pixel camera |
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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200117 |