CN113640824A - 一种光摄一体式控制系统及控制方法 - Google Patents
一种光摄一体式控制系统及控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113640824A CN113640824A CN202110958562.7A CN202110958562A CN113640824A CN 113640824 A CN113640824 A CN 113640824A CN 202110958562 A CN202110958562 A CN 202110958562A CN 113640824 A CN113640824 A CN 113640824A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- control
- image processing
- laser
- upper computer
- control panel
- 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
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
- G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/86—Combinations of lidar systems with systems other than lidar, radar or sonar, e.g. with direction finders
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种光摄一体式控制系统及控制方法,包括控制板，所述控制板分别连接激光模组、相机、固体继电器、图像处理上位机，所述图像处理上位机通过USB接口与相机相连，所述固体继电器和图像处理上位机与二次电源板相连，二次电源板接220v市电。本发明实现控制激光器阵列的开关与双目相机的同步曝光，从而简化了视屏信息采集中立体匹配与三维重建的瓶颈。
Description
技术领域
本发明属于机器视觉技术领域，特别涉及一种光摄一体式控制系统及控制方法。
背景技术
随着物联网技术在工业领域的不断完善，作为其基础支撑之一的精密测量技术受到人们的普遍关注。为提高测量精度及时效性，并减少对被测对象的可能损伤，从接触式测量升级到非接触式测量成为大势所趋，而基于光学、电子学的激光及光电测试技术是当前主流的非接触式测量方法。作为诸多光电测量方法的一种，视觉测量技术最具发展潜力。
近年来，视觉测量技术在探索测量方法多样化、应用模式创新和提高测量精度等多方面都取得积极进展，针对当前制造中的新产品、新工艺及新设备，研发出大量的视觉测量技术及其应用设备。在精密测量方面，测量精度还远远不够，还没达到理想值。尤其是双目测量(即立体测量)方面目前匹配精度依然达不到，由于同一个空间点在两个相机的空间位置不同，存在一定的视差，如何计算出视差依赖于两幅左右图像间的匹配，若匹配精度达不到，后面的三维重建更难，也就是说立体匹配与三维重建仍然是摆在视觉测量的一大难题。
激光扫描成像是通过激光器以主动发射激光的方式，根据激光测距的原理来感知真实的三维世界。与传统的数字摄影成像技术只能获取场景的二维投影信息相比，通过激光扫描所获取的三维点云数据能充分地表达现实场景中重要的三维几何形状信息以及深度信息。因此，如何控制激光器和工业相机将三维点云采集的数据进行三维重建是当前面临的技术瓶颈。
发明内容
为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种光摄一体式控制系统及控制方法,通过控制64线激光器的瞬时开关和2路相机的同步曝光，设计的激光器控制板与上位机之间通过以太网通信方式进行连接，双目相机通过激光扫描所获取的三维点云数据采集现实场景中重要的三维几何形状信息以及深度信息。上位机通过以太网向激光器控制板发送UDP命令，实现控制激光器阵列的开关与双目相机的同步曝光，从而简化了视屏信息采集中立体匹配与三维重建的瓶颈。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种光摄一体式控制系统，包括控制板，所述控制板分别连接激光模组、相机、固体继电器、图像处理上位机，所述图像处理上位机通过USB接口与相机相连，所述固体继电器和图像处理上位机与二次电源板相连，二次电源板接220v市电。
所述控制板上设置有两个通信接口，一个是以太网接口，另一个是RS485接口，型号为STM32F429，所述控制板留有8个连接器，每个可以控制8线激光模组。
所述相机为两个，所述控制板包括两路同步I/O信号，两路同步I/O信号通过光MOS继电器发出，传送至双模相机，然后驱动2个相机内部的光耦，触发曝光信号，所述相机用于实现图像数据的同时采集。
所述每个激光模组可控8个激光器的一个单线，通过继电器给每个模组进行配电来控制激光器的开合，通过对控制板64路I/O信号的控制来实现模组板上64个继电器的开合。
一种光摄一体式控制系统的控制方法，包括以下步骤；
(1)图像处理上位机发送UDP控制命令；
(2)激光控制板向图像处理上位机返回操作状态消息；
(3)图像处理上位机发送相机硬触发控制信号指令；
(4)图像处理上位机对激光器控制板发送激光模组供电使能指令；
(5)图像处理上位机对激光器控制板发送开关IO指令；
(6)图像处理上位机对激光器控制板发送激光器控制使能指令；
(7)图像处理上位机对激光器控制板发送自检指令。
一种光摄一体式控制系统的测量方法，包括以下步骤；
(1)系统上电，控制板对系统进行初始化；
(2)初始化完成后，控制板对系统上的电压、IO状态以及激光器状态进行自检，自检成功后，控制板向图像处理上位机发送自检完成状态；
(3)图像处理上位机通过ETH1对控制板发送命令，对8个激光器模组进行供配电；控制板对模组供电后，同时将供电自检状态回传给图像处理上位机；
(4)8个激光器模组供电正常后，图像处理上位机对控制板发送激光器控制命令，按照图像处理上位机的图像采集需求，控制64个激光器的开关状态，实现对所有激光器的同步控制；
(5)在激光器的开关状态中，图像处理上位机对两个相机发送同步控制信号，触发相机曝光，实现双目图像采集，相机采集的图像数据通过USB接口返回口图像处理上位机；
(6)上述流程为一次图像采集过程，如果需要再次采集，图像处理上位机再次发送激光器控制指令后，然后进行相机控制进行图像采集；
(6)图像处理上位机处理完成后的图像数据通过ETH2接口返回给测试系统；
(7)需要结束测量时，图像处理上位机发送激光器关闭指令。
本发明的有益效果。
1)本发明减少测量设施，节省测量成本。
本发明中双目相机的测量完全共用同一套基础设施和硬件系统，区别只在于采用了不同的算法及软件来实现。
2)简化测量过程，提高测量效率。
双目相机对激光线条的数据采集测量中，两套硬件系统分开工作，某些设备需先后进行两次设置或调整，测量过程复杂，整个系统工作效率低；而本发明中，结合所提出的新测量技术，整合了测量流程，所有测量准备工作只需进行一次，测量步骤也更加科学高效。
测试过程中，首先通过上位机对控制板发送自检指令，控制板对各激光模组的状态进行自检，然后将自检结果返回给上位机；
上位机确认各激光模组状态正常后，对控制板发送配电指令和IO使能指令。控制板向各激光模组进行供电，并将IO控制通道打开使能；
上位机根据算法需要，高频控制激光器的开、关状态，用于视觉测量。
附图说明：
图1光摄一体式控制系统框图。
图2系统测量步骤示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
本发明定位为视觉测量系统中的一个重要支撑模块，用于对激光发射器和工业摄像机进行统一控制，是激光扫描成像的技术基础。视觉测量系统组成如图1所示。
如图2所示：一体式控制系统以ST公司生产的STM32F429作为主控制芯片，设计了控制板、激光模组板和二次电源板共3种组件，在控制板上扩展出了以太网和RS485两个接口，可以与上位机和其他网络设备进行数据交互，实现对激光发射器和工业摄像机进行统一控制。系统以桥接的方式，连接图像上位机与其他外设，使图像上位机可以通过UDP命令对所有外设进行操作，从而有效提升整个视觉测量系统的工作质量与效率，具体如下：
1、控制板：
控制板留有2个工业上常用的通信接口，一个是以太网接口，另一个是RS485接口。片子采用一片意法的ARM型号为STM32F429，并将该片子扩展到前述的两个接口上，分别对其进行控制。
(1)激光器控制
通过图像处理上位机给控制板发指令，可以按照协议动态地控制64个激光器的开合。控制板留有8个连接器，每个可以控制8线激光模组。整个控制板具备控制64线的能力，激光器控制模块电路将每个模组的配电单独配出去；还可以单独控制激光模组板上的单线激光器，令其控制激光器按要求开合。
(2)双模相机控制
对双模相机的控制，主要使两个相机能够按上位机的要求，同步进行工作。将两路同步I/O信号通过光MOS继电器发出，送给双模相机，然后驱动2个相机内部的光耦，触发曝光信号，让相机实现图像数据的同时采集。
(3)I/O的检测控制
进行I/O的检测，可同时检测8个激光模组上的激光器的工作状态是否正常。
2、激光模组板
为了激光器的简化激光器标定，每个激光模组配置了8个激光器。在生产安装过程中需要对激光器进行一致性标定，保证激光器发出激光线束的宽度、亮度和水平度。保证了每组激光器的一致性后，便可以保证64条线束的一致性。
为使整个电路小型化，单独给激光模组设计配置一块激光控制板，安装在模组的机械框架内。其主要功能是把驱动电路单独集成到激光模组上，只给其提供控制信号，采用这样的方法将控制电路集成到单独的一个模组上。
每个模组上都可控8个激光器的一个单线，通过继电器给每个模组进行配电来控制激光器的开合，然后通过对控制板64路I/O信号的控制来实现模组板上64个继电器的开合，这样就达到控制64条激光线束的目的。
3、二次电源板
二次电源板为整个控制板、激光模组板和激光器的配电而设计。二次电源板接受属于工业上的主供电规格的24V电源输入，整个系统电源的导向和分流都是在本模块上完成。通过MINIMAX公司的MJW25系列DC/DC产生系统使用的5V电源、隔离5V电源以及滤波后的24V电源。通过端子压接连线的方式进线输出，方便系统的灵活安装。输出为：
(1)输出5V，为控制板和激光模组板进行供电；
(2)输出隔离5V电源，为激光器进行隔离供电；
(3)通过滤波器、电感讲外部24V电源进线使能控制输出24V，为图像处理上位机进线供电；
综上该系统可按上位机的指令，在视觉测量过程中对多线激光器和相机进行管理控制，以物理方式连接上位机、激光器模组、工业相机，从而保证上位机对所有外设的控制，使其同步有序工作，从而获得所需要的原始图像数据，用于进一步的测量分析与处理。
机器视觉是人工智能一个重要分支，人工智能目前还处入感知层阶段，不管是目前的感知层还是未来的应用层都离不开视觉技术的支撑。激光扫描成像是通过激光器以主动发射激光的方式，根据激光测距的原理来感知真实的三维世界。与传统的数字摄影成像技术只能获取场景的二维投影信息相比，通过激光扫描所获取的三维点云数据能充分地表达现实场景中重要的三维几何形状信息以及深度信息。“光摄一体式控制系统”定位于激光扫描与相机拍摄联合控制与同步，实现海量三维点云数据采集，符合视觉测量行业的发展方向，具有很好的技术卡位，应用前景十分广阔，决定了其发展潜力巨大。
测试过程中，首先通过上位机对控制板发送自检指令，控制板对各激光模组的状态进行自检，然后将自检结果返回给上位机；
上位机确认各激光模组状态正常后，对控制板发送配电指令和IO使能指令。控制板向各激光模组进行供电，并将IO控制通道打开使能；
上位机根据算法需要，高频控制激光器的开、关状态，用于视觉测量。
本发明的测量步骤参见图2。
(1)系统上电，控制板对系统进行初始化；
(2)初始化完成后，控制板对系统上的电压、IO状态以及激光器状态进行自检，自检成功后，控制板向图像处理上位机发送自检完成状态；
(3)图像处理上位机通过ETH1对控制板发送命令，对8个激光器模组进行供配电；控制板对模组供电后，同时将供电自检状态回传给图像处理上位机；
(4)8个激光器模组供电正常后，图像处理上位机对控制板发送激光器控制命令，按照图像处理上位机的图像采集需求，控制64个激光器的开关状态，实现对所有激光器的同步控制；
(5)在激光器的开关状态中，图像处理上位机对两个相机发送同步控制信号，触发相机曝光，实现双目图像采集，相机采集的图像数据通过USB接口返回口图像处理上位机；
(6)上述流程为一次图像采集过程，如果需要再次采集，图像处理上位机再次发送激光器控制指令后，然后进行相机控制进行图像采集；
(6)图像处理上位机处理完成后的图像数据通过ETH2接口返回给测试系统；
(7)需要结束测量时，图像处理上位机发送激光器关闭指令。
Claims (6)
1.一种光摄一体式控制系统，其特征在于，包括控制板，所述控制板分别连接激光模组、相机、固体继电器、图像处理上位机，所述图像处理上位机通过USB接口与相机相连，所述固体继电器和图像处理上位机与二次电源板相连，二次电源板接220v市电。
2.根据权利要求1所述的一种光摄一体式控制系统，其特征在于，所述控制板上设置有两个通信接口，一个是以太网接口，另一个是RS485接口，型号为STM32F429，所述控制板留有8个连接器，每个可以控制8线激光模组。
3.根据权利要求1所述的一种光摄一体式控制系统，其特征在于，所述相机为两个，所述控制板包括两路同步I/O信号，两路同步I/O信号通过光MOS继电器发出，传送至双模相机，然后驱动2个相机内部的光耦，触发曝光信号，所述相机用于实现图像数据的同时采集。
4.根据权利要求1所述的一种光摄一体式控制系统，其特征在于，所述每个激光模组可控8个激光器的一个单线，通过继电器给每个模组进行配电来控制激光器的开合，通过对控制板64路I/O信号的控制来实现模组板上64个继电器的开合。
5.基于权利要求1-4任一项所述的一种光摄一体式控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤；
(1)图像处理上位机发送UDP控制命令；
(2)激光控制板向图像处理上位机返回操作状态消息；
(3)图像处理上位机发送相机硬触发控制信号指令；
(4)图像处理上位机对激光器控制板发送激光模组供电使能指令；
(5)图像处理上位机对激光器控制板发送开关IO指令；
(6)图像处理上位机对激光器控制板发送激光器控制使能指令；
(7)图像处理上位机对激光器控制板发送自检指令。
6.基于权利要求1-4任一项所述的一种光摄一体式控制系统的测量方法，包括以下步骤；
(1)系统上电，控制板对系统进行初始化；
(2)初始化完成后，控制板对系统上的电压、IO状态以及激光器状态进行自检，自检成功后，控制板向图像处理上位机发送自检完成状态；
(3)图像处理上位机通过ETH1对控制板发送命令，对8个激光器模组进行供配电；控制板对模组供电后，同时将供电自检状态回传给图像处理上位机；
(4)8个激光器模组供电正常后，图像处理上位机对控制板发送激光器控制命令，按照图像处理上位机的图像采集需求，控制64个激光器的开关状态，实现对所有激光器的同步控制；
(5)在激光器的开关状态中，图像处理上位机对两个相机发送同步控制信号，触发相机曝光，实现双目图像采集，相机采集的图像数据通过USB接口返回口图像处理上位机；
(6)上述流程为一次图像采集过程，如果需要再次采集，图像处理上位机再次发送激光器控制指令后，然后进行相机控制进行图像采集；
(6)图像处理上位机处理完成后的图像数据通过ETH2接口返回给测试系统；
(7)需要结束测量时，图像处理上位机发送激光器关闭指令。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110958562.7A CN113640824A (zh) | 2021-08-20 | 2021-08-20 | 一种光摄一体式控制系统及控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110958562.7A CN113640824A (zh) | 2021-08-20 | 2021-08-20 | 一种光摄一体式控制系统及控制方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113640824A true CN113640824A (zh) | 2021-11-12 |
Family
ID=78423057
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110958562.7A Pending CN113640824A (zh) | 2021-08-20 | 2021-08-20 | 一种光摄一体式控制系统及控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113640824A (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105222724A (zh) * | 2015-09-10 | 2016-01-06 | 北京天远三维科技有限公司 | 多线阵列激光三维扫描系统及多线阵列激光三维扫描方法 |
| CN205507345U (zh) * | 2016-03-21 | 2016-08-24 | 北京为世联合科技有限公司 | 一种激光光源多模组控制装置 |
| CN106017355A (zh) * | 2016-03-22 | 2016-10-12 | 武汉武大卓越科技有限责任公司 | 一种基于线结构光的三维测量传感器 |
| CN108917650A (zh) * | 2018-05-17 | 2018-11-30 | 北京林业大学 | 一种可折叠结构光三维扫描设备 |
| CN110646777A (zh) * | 2019-08-19 | 2020-01-03 | 深圳市矽赫科技有限公司 | 一种多线激光雷达及多线激光雷达的控制方法 |
| CN110780282A (zh) * | 2019-10-25 | 2020-02-11 | 深圳煜炜光学科技有限公司 | 一种具有同步并行扫描功能的多线激光雷达和控制方法 |
| CN211318184U (zh) * | 2019-06-05 | 2020-08-21 | 南京林业大学 | 一种基于多路激光的地下管廊有害气体检测装置 |
| CN111687885A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-09-22 | 西安交通大学 | 一种用于无序零件装配的智能双臂机器人系统及视觉引导方法 |
| CN112230240A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-01-15 | 深兰人工智能(深圳)有限公司 | 激光雷达与相机数据的时空同步系统、装置及可读介质 |
-
2021
- 2021-08-20 CN CN202110958562.7A patent/CN113640824A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105222724A (zh) * | 2015-09-10 | 2016-01-06 | 北京天远三维科技有限公司 | 多线阵列激光三维扫描系统及多线阵列激光三维扫描方法 |
| CN205507345U (zh) * | 2016-03-21 | 2016-08-24 | 北京为世联合科技有限公司 | 一种激光光源多模组控制装置 |
| CN106017355A (zh) * | 2016-03-22 | 2016-10-12 | 武汉武大卓越科技有限责任公司 | 一种基于线结构光的三维测量传感器 |
| CN108917650A (zh) * | 2018-05-17 | 2018-11-30 | 北京林业大学 | 一种可折叠结构光三维扫描设备 |
| CN211318184U (zh) * | 2019-06-05 | 2020-08-21 | 南京林业大学 | 一种基于多路激光的地下管廊有害气体检测装置 |
| CN110646777A (zh) * | 2019-08-19 | 2020-01-03 | 深圳市矽赫科技有限公司 | 一种多线激光雷达及多线激光雷达的控制方法 |
| CN110780282A (zh) * | 2019-10-25 | 2020-02-11 | 深圳煜炜光学科技有限公司 | 一种具有同步并行扫描功能的多线激光雷达和控制方法 |
| CN111687885A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-09-22 | 西安交通大学 | 一种用于无序零件装配的智能双臂机器人系统及视觉引导方法 |
| CN112230240A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-01-15 | 深兰人工智能(深圳)有限公司 | 激光雷达与相机数据的时空同步系统、装置及可读介质 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| @知识改变命运知命: ""相机外触发使用说明"", vol. 1, pages 390 - 395, Retrieved from the Internet <URL:https://wenku.baidu.com/view/7e32b55e5d0e7cd184254b35eefdc8d376ee143c.html?_wkts_=1684833035961&bdQuery=Tely%E7%9B%B8%E6%9C%BA> * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6550536B2 (ja) | マルチラインアレイレーザ光３次元走査システム、及びマルチラインアレイレーザ光３次元走査方法 | |
| JP7001675B2 (ja) | ３ｄテレプレゼンスシステム | |
| KR102243499B1 (ko) | 중앙 처리 장치와 그래픽 처리 장치와 필드 프로그램 가능 게이트 어레이가 결합된 아키텍처 기반의 자동 광학 탐지 시스템 | |
| US11887321B2 (en) | Three-dimensional scanning image acquisition and processing methods and apparatuses, and three-dimensional scanning device | |
| CN107389687B (zh) | 一种电子元器件外观图像采集装置及其采集方法 | |
| CN203117631U (zh) | 用于立体视觉的设备 | |
| CN205622739U (zh) | 调焦装置及系统 | |
| CN105643624A (zh) | 一种机器视觉控制方法及机器人控制器与机器人控制系统 | |
| CN102316355A (zh) | 3d机器视觉信号的生成方法及3d机器视觉传感器 | |
| CN108279421A (zh) | 带有高分辨率彩色图像的飞行时间相机 | |
| CN113640824A (zh) | 一种光摄一体式控制系统及控制方法 | |
| CN111391503A (zh) | 基于fpga的高速视觉定位系统 | |
| CN103209287A (zh) | 一种调控摄像机镜头的摄像方法和专用摄像机及专用眼镜框 | |
| CN206181257U (zh) | 红外双目智能驾驶辅助装置 | |
| CN107144268A (zh) | 基于dlp器件的轮胎成型机用激光标线装置及其校准方法 | |
| CN112367516B (zh) | 一种基于空间定位的三维显示系统 | |
| CN114339011A (zh) | 一种高速线阵相机和高强度光源同步触发控制的图像采集方法及其装置 | |
| CN104580812B (zh) | 扫描仪及其控制方法 | |
| CN213661806U (zh) | 结构光3d视觉装置及系统 | |
| CN206894751U (zh) | 影棚虚拟特技摄像包装系统 | |
| CN111652967A (zh) | 一种基于前后融合成像的三维重建系统及方法 | |
| CN111787302A (zh) | 基于线扫描相机的立体全景直播拍摄系统 | |
| CN212752485U (zh) | 立体显示系统 | |
| JP6325934B2 (ja) | 画像処理センサシステム、画像処理センサの制御方法、及び画像処理センサシステムに用いる画像処理センサ | |
| CN212259170U (zh) | 一种双头多功能计算机影像采集系统 |
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 |