[发明专利]一种基于微振镜分光式投影装置的多线激光三维扫描方法

权利要求书

1.一种基于微振镜分光式投影装置的多线激光三维扫描方法，其特征在于：所述微振镜分光式投影装置由激光器、透镜、微振镜、组合式分光镜、激光器控制芯片和微振镜控制芯片构成；激光器控制芯片控制激光器发出激光光束，通过透镜将激光光束整合或聚焦，激光光束入射到微振镜上，激光光束经过微振镜的反射，通过组合式分光镜将单个激光光束转变为多个激光光束，微振镜在微振镜控制芯片的控制下，沿快轴方向左右快速摆动，将激光光束形成线激光，线激光经过组合式分光镜生成多线激光，通过时序算法实现激光器控制芯片与微振镜控制芯片的协同控制，微振镜的慢轴控制线激光步进和悬停的时间；系统工作时，微振镜分光式投影装置向被测物投影多条线激光，相机同时进行数据采集；采用固定分区法将采集到的多线激光图像进行分割，确保分割后的每个区域只含有单条线激光；然后通过梯度重心法计算线激光重心矩阵，根据线激光重心矩阵和相机参数，重建出相机的三维点云模型，实现多线激光三维扫描。

2.如权利要求1所述的多线激光三维扫描方法，其特征在于，按照如下步骤：

步骤一，设计系统工作参数，根据线激光的工作距离确定最大工作距离L₂，最小工作距离L₁；景深范围内ΔL的最大光斑ω_max；线激光步进式移动的行数；设计景深为ΔL，其中ΔL＝L₂-L₁；

步骤二，生成驱动信号，涉及的驱动信号有三种；1)微振镜快轴驱动信号，这是一种正弦或余弦波形的电流信号，其频率f_x等于微振镜快轴方向谐振频率f，其峰值I_x峰由微振镜的具体参数确定；2)微振镜慢轴驱动信号，这是一种梯形电流信号；其频率为f_y＝f_x/R，其峰值I_y峰由微振镜的参数确定，线激光步进的行数R；3)激光器的驱动信号，为可调节的恒定的电流；其最高频率f_LD由其激光光束的特性决定，其峰值和偏置电流均由激光器的特性决定；上述三种驱动信号均为模拟信号；

步骤三，生成有悬停效果的、可移动的多线激光；

步骤四，相机采集多线激光图像，提取线激光重心，进行三维重建。

3.如权利要求2所述的多线激光三维扫描方法，其特征在于，所述步骤一是：

确定线激光的工作距离的范围，激光器发出的高斯激光光束经过非球面透镜后，入射到MEMS扫描微振镜上，再反射到被测物体表面；高斯光束的聚焦面在L₀处，设计景深为ΔL，其中ΔL＝L₂-L₁；根据ABCD矩阵计算可得激光光束在穿过透镜后的光斑大小，最大工作距离L₂处光斑大小ω₂，最小工作距离L₁处光斑大小为ω₁；线激光的长度D₀、D₁、D₂分别对应工作距离L₀、L₁、L₂；

2)确定线激光工作视场，线激光工作视场由激光光斑特性和微振镜的转角确定；微振镜快慢轴的转角为θ_x和θ_y；线激光的长度D，由计算公式(1.1)求出，线激光步进的行数R，由计算公式(1.2)求出；

公式(1.1)、(1.2)中的L为线激光的工作距离，L在区间[L₁,L₂]内，ω为在工作距离为L处时，线激光的光斑大小，ω在区间[ω₁,ω₂]内。