本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)光掃描成像領(lǐng)域，具體涉及一種基于mems微振鏡和ld激光器的正弦結(jié)構(gòu)光生成方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

利用激光光源的結(jié)構(gòu)光掃描和3d建模技術(shù)正愈發(fā)成熟起來，但目前利用基于微振鏡的偏轉(zhuǎn)激光束在針對表面輪廓比較復(fù)雜的物體進行3d重構(gòu)的過程中，單一條紋的頻率不能滿足高精度測量的要求，而這也使得方波結(jié)構(gòu)光對于3d重構(gòu)的應(yīng)用受到一定的限制。另外，目前光生成器裝置在運行過程中常出現(xiàn)由于微振鏡跑偏造成光柵不穩(wěn)定的問題。

因此，現(xiàn)有技術(shù)還需要進一步改進和發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了提供一種基于mems微振鏡和ld激光器的正弦結(jié)構(gòu)光生成方法及系統(tǒng)，旨在解決復(fù)雜輪廓表面的3d重構(gòu)過程中，方波結(jié)構(gòu)光編碼過程中受限及光柵不穩(wěn)定的問題。

所采用的技術(shù)方案為：

一種正弦結(jié)構(gòu)光生成系統(tǒng)，包括由依次排列設(shè)置的微振鏡、雙面透鏡和激光器組成的光路，還包括由微振鏡驅(qū)動模塊、激光器驅(qū)動模塊、fpga模塊、arm模塊、微振鏡反饋模塊及激光器反饋模塊組成的控制電路，其中，微振鏡驅(qū)動模塊控制連接微振鏡，激光器驅(qū)動模塊控制連接激光器，fpga模塊與arm模塊連接，微振鏡驅(qū)動模塊與激光器驅(qū)動模塊分別連接至fpga模塊，微振鏡反饋模塊與激光器反饋模塊分別連接至arm模塊。

激光器反饋模塊由濾波電容和分壓電阻構(gòu)成。

微振鏡反饋模塊由一個三極管構(gòu)成的共射放大電路構(gòu)成。

微振鏡為mems微振鏡，激光器為ld激光器，ld激光器內(nèi)還包括用于探測正弦結(jié)構(gòu)光的光電探測器。

正弦結(jié)構(gòu)光生成方法，其方法包括以下步驟：

a、系統(tǒng)啟動后，激光器和微振鏡在fpga模塊控制下形成初級穩(wěn)定的正弦結(jié)構(gòu)光光柵；

b、初級穩(wěn)定的正弦結(jié)構(gòu)光光柵掃描過程中，arm模塊利用光電探測器和微振鏡反饋模塊計算得到基于光電探測器位置的時刻點，fpga模塊利用預(yù)先存儲的亮度時刻對應(yīng)表匹配該時刻點所對應(yīng)的激光器亮度值，并利用該激光器亮度值調(diào)制激光器的亮度的正弦分布特性，得到中級穩(wěn)定的正弦結(jié)構(gòu)光光柵；

c、arm模塊分別采集激光器反饋模塊和微振鏡反饋模塊的反饋信息，判斷激光器和微振鏡是否需要調(diào)整，并將判斷結(jié)果發(fā)送至fpga模塊；

d、fpga模塊根據(jù)所獲取的判斷結(jié)果協(xié)同調(diào)整微振鏡的運行軌跡和激光器的亮度，從而得到高度穩(wěn)定的正弦結(jié)構(gòu)光柵。

步驟a之前還包括預(yù)先通過arm模塊計算激光結(jié)構(gòu)光中等間距時刻點所對應(yīng)的激光器的亮度值，并將該計算結(jié)果發(fā)送至fpga模塊并存儲為亮度時刻對應(yīng)表。

arm模塊通過以下公式計算激光結(jié)構(gòu)光中等間距時刻點所對應(yīng)的激光器的亮度值：

其中，f(i)為第i時刻的激光器亮度值，w＝2*π/t，m為所需的激光結(jié)構(gòu)光中正弦條紋的個數(shù)，f為微振鏡的頻率。

所述步驟b具體為：

b1、初級穩(wěn)定正弦結(jié)構(gòu)光光柵掃描過程中，微振鏡反饋模塊利用光電探測器對正弦結(jié)構(gòu)光柵的感應(yīng)形成高低電平信號，arm模塊利用該高低電平信號及其所持續(xù)時間計算得到從微振鏡起振到正弦結(jié)構(gòu)光柵到達光電探測器的時間δt，并將該數(shù)據(jù)傳輸至fpga模塊；

b2、fpga模塊利用預(yù)先存儲的亮度時刻對應(yīng)表匹配時間δt所對應(yīng)的激光器亮度值，在微振鏡振動的下個周期內(nèi)，運行時間為δt時，fpga模塊調(diào)用匹配的亮度值并利用激光器驅(qū)動模塊調(diào)制激光器亮度的正弦分布特性，形成中級穩(wěn)定的正弦結(jié)構(gòu)光光柵。

步驟c具體為：

arm模塊利用激光器反饋模塊采集激光器內(nèi)背光電流，將其與預(yù)設(shè)的閾值電流相比較，并將比較結(jié)果傳送至fpga模塊；

arm模塊利用微振鏡反饋模塊采集通過光電探測器的高低電平，將該高低電平的時刻點與預(yù)設(shè)的亮度時刻對應(yīng)表比較，并將比較結(jié)果傳送至fpga模塊。

有益效果：本發(fā)明提供一種正弦結(jié)構(gòu)光生成方法及系統(tǒng)，不僅能夠?qū)崟r監(jiān)控和調(diào)制ld激光器和mems微振鏡，而且能夠得到亮度適合和清晰穩(wěn)定的正弦結(jié)構(gòu)光激光光柵，還能夠根據(jù)不同頻率的不同相位進行調(diào)制完成被測物體的三維重構(gòu)，在結(jié)構(gòu)光掃描和3d建模過程中有良好的應(yīng)用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明正弦結(jié)構(gòu)光生成方法及系統(tǒng)的原理圖。

圖2是本發(fā)明正弦結(jié)構(gòu)光生成方法及系統(tǒng)的五個正弦激光條紋所對應(yīng)時刻點的激光條紋的能量值。

圖3是本發(fā)明正弦結(jié)構(gòu)光生成方法及系統(tǒng)的mems振鏡反饋原理過程曲線。

圖4是本發(fā)明正弦結(jié)構(gòu)光生成方法及系統(tǒng)的五個正弦激光條紋對應(yīng)的圖片。

圖5是本發(fā)明正弦結(jié)構(gòu)光生成方法及系統(tǒng)的具體實施例實現(xiàn)流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發(fā)明進一步詳細說明。

如圖1所示的一種正弦結(jié)構(gòu)光生成系統(tǒng)，包括由依次排列設(shè)置的微振鏡、雙面透鏡和激光器組成的光路，還包括由微振鏡驅(qū)動模塊、激光器驅(qū)動模塊、fpga模塊、arm模塊、微振鏡反饋模塊及激光器反饋模塊組成的控制電路，其中，微振鏡驅(qū)動模塊控制連接微振鏡，激光器驅(qū)動模塊控制連接激光器，fpga模塊與arm模塊連接，微振鏡驅(qū)動模塊與激光器驅(qū)動模塊分別連接至fpga模塊，微振鏡反饋模塊與激光器反饋模塊分別連接至arm模塊。

微振鏡為mems微振鏡，激光器為ld激光器，ld激光器內(nèi)還包括用于探測正弦結(jié)構(gòu)光的光電探測器。

激光器反饋模塊由濾波電容和分壓電阻構(gòu)成。通過測量電阻兩端的電壓來表征流過激光器的背光電流，從而判斷激光器是否達到閾值電流，進而對激光器的電流進行調(diào)制。具體的，閾值電流為50ma。

微振鏡反饋模塊由一個三極管構(gòu)成的共射放大電路構(gòu)成。通過檢測光電探測器的通斷來判斷mems微振鏡是否按指定軌跡振動；否則mems微振鏡跑偏，需要進行調(diào)整。

一種正弦結(jié)構(gòu)光生成方法，其方法包括以下步驟：

預(yù)先通過arm模塊計算激光結(jié)構(gòu)光中等間距時刻點所對應(yīng)的激光器的亮度值，并將該計算結(jié)果發(fā)送至fpga模塊并存儲為亮度時刻對應(yīng)表。

如圖2、圖4所示，每個激光結(jié)構(gòu)光圖片包含若干個正弦結(jié)構(gòu)條紋，arm模塊通過以下公式計算激光結(jié)構(gòu)光中等間距時刻點所對應(yīng)的激光器的亮度值：

其中，f(i)為第i時刻的激光器亮度值，w＝2*π/t，m為所需的激光結(jié)構(gòu)光中正弦條紋的個數(shù)，f為微振鏡的頻率。

具體的，利用0～255來量化每個激光條紋能量的幅值大小，每個激光條紋通過2048個時刻點進行量化，來細分該正弦趨勢。

當(dāng)f＝921hz，m＝2048時，得到2048個激光器時刻點對應(yīng)的激光器亮度值，將這些值存為表格，存儲在fpga芯片。

系統(tǒng)啟動后，激光器和微振鏡在fpga模塊控制下形成初級穩(wěn)定的正弦結(jié)構(gòu)光光柵。

如圖3所示，初級穩(wěn)定正弦結(jié)構(gòu)光光柵掃描過程中，微振鏡反饋模塊利用光電探測器對正弦結(jié)構(gòu)光柵的感應(yīng)形成高低電平信號，正弦結(jié)構(gòu)光光柵掃過光電探測器時，此時arm模塊采集到的mems反饋電路的電壓為低電平，低電平持續(xù)的時間為t1；正弦結(jié)構(gòu)光光柵通過光電探測器后，經(jīng)過時間持續(xù)t2，arm模塊采集到的電壓信號再次達到低電平，此時，低電平的持續(xù)時間為t3。arm模塊利用該高低電平信號及其所持續(xù)時間計算得到從微振鏡起振到正弦結(jié)構(gòu)光柵到達光電探測器的時間δt，并將該數(shù)據(jù)傳輸至fpga模塊。

fpga模塊利用預(yù)先存儲的亮度時刻對應(yīng)表匹配時間δt所對應(yīng)的激光器亮度值，在微振鏡振動的下個周期內(nèi)，運行時間為δt時，fpga模塊調(diào)用匹配的亮度值并利用激光器驅(qū)動模塊調(diào)制激光器亮度的正弦分布特性，形成中級穩(wěn)定的正弦結(jié)構(gòu)光光柵。

arm模塊利用激光器反饋模塊采集激光器內(nèi)背光電流，將其與預(yù)設(shè)的閾值電流相比較，并將比較結(jié)果傳送至fpga模塊。

arm模塊利用微振鏡反饋模塊采集通過光電探測器的高低電平，將該高低電平的時刻點與預(yù)設(shè)的亮度時刻對應(yīng)表比較，并將比較結(jié)果傳送至fpga模塊。

fpga模塊根據(jù)所獲取的判斷結(jié)果協(xié)同調(diào)整微振鏡的運行軌跡和激光器的亮度，從而得到高度穩(wěn)定的正弦結(jié)構(gòu)光柵。

具體的，如圖5，對本發(fā)明的所述的一種正弦結(jié)構(gòu)光生成方法描述：

首先，正弦結(jié)構(gòu)光生成系統(tǒng)處于工作初始化狀態(tài)，初始化fpga模塊，設(shè)置f＝921hz,m＝2048,閾值電流50ma。得到2048個激光器時刻點對應(yīng)的激光器亮度值，將這些值存為表格，存儲在fpga模塊，使mems微振鏡處于諧振展開。然后調(diào)制激光器的亮度，使之達到正弦結(jié)構(gòu)光對應(yīng)的狀態(tài)。采集ld激光器和mems微振鏡的反饋信息。fpga協(xié)同控制mems微振鏡和ld激光器使光學(xué)模組出射，形成正弦結(jié)構(gòu)光光柵。最后掃描正弦結(jié)構(gòu)光光柵進行反饋調(diào)整，形成高度穩(wěn)定的正弦結(jié)構(gòu)光柵。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。