[发明专利]一种基于MEMS扫描振镜的线结构光三维测量方法

权利要求书

1.一种基于MEMS扫描振镜的线结构光三维测量方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)设定MEMS扫描振镜的扫描范围，光点之间的间隔角度，将所述扫描范围按照该间隔角度均分，并对均分后的光点进行编号，以此获得每个光点编号；

(b)将二维棋盘标靶放置MEMS扫描振镜的扫描域内，采用光刀平面标定方法对MEMS扫描振镜进行标定，以此获得MEMS扫描振镜上激光发射点A到每个光点的连线形成的光线方程；

其中，所述采用光刀平面标定方法对MEMS扫描振镜进行标定，按照下列步骤进行：

(b1)相机拍摄二维棋盘靶标，利用拍摄的棋盘靶标图像获得二维棋盘靶标的平面在相机坐标系下的平面方程；

(b2)MEMS扫描振镜上的激光发射点A发出激光按照步骤(a)中设定的扫描范围和光点间隔角度在所述二维棋盘靶标表面扫描，相机拍摄扫描在二维棋盘靶标表面的任意光点Q的图像，以此获得在相机坐标系中该图像上任意光点的像素坐标Q’；

所述MEMS扫描振镜扫描二维棋盘靶标时，将每个光点的亮度设定为亮度最大值，则获得在相机坐标系中该图像上任意光点的像素坐标Q’是采用光条中心算法提取获得；

(b3)利用步骤(b2)中获得的像素坐标Q’与所述平面方程求交，以此获得在相机坐标系下所述任意光点Q在二维棋盘靶标中的坐标Q₁；

(b4)改变二维棋盘的位置,重复步骤((b2)和(b3)，以此获得在相机坐标系下所述任意光点Q在二维棋盘靶标中的坐标Q₂，直线Q₁Q₂条即为激光发射点A与光点Q的连线形成的光线方程；以此方式获得激光发射点到每个光点的连线形成的光线方程；

(c)移除二维棋盘并将测物体放置在MEMS扫描振镜的扫描域内，设定每个光点的亮度与光点编号之间的关系式，根据该关系式对每个光点的亮度进行设定，MEMS扫描振镜按照设定的光点亮度、扫描范围和间隔角度在待测物体表面扫描，使得在待测物体表面形成一条亮度不一的直线，相机拍摄该直线获得直线图像，利用该直线图像建立图像上的点与光点之间的对应关系；

(d)对于步骤(c)中获得的直线图像上的任意点P，根据步骤(c)获得的直线图像上的点与光点之间的对应关系获得在待测物体表面与所述任意点P对应的光点O，在根据步骤(b)中获得的所有直线方程中找到O点所在的光线方程AO，计算P点与相机的光心B连线形成的直线PB与光线AO的交点，该交点坐标即为所需的光点O坐标，以此方式获得待测物体表面所有光点的坐标，即实现待测物体的三维测量。

2.如权利要求1所述的一种基于MEMS扫描振镜的线结构光三维测量方法，其特征在于，在步骤(c)中，所述设定每个光点的亮度与照射角度之间的关系式，按照下列关系式进行：

其中，n是相移，为整数，T_j是第j个周期，j是周期的数量，N是总周期数量，A是设定的亮度均值，B是亮度幅值，x是光点的编号，是第j个周期在相移n下的亮度。

3.如权利要求1所述的一种基于MEMS扫描振镜的线结构光三维测量方法，其特征在于，在步骤(c)中，所述利用该直线图像建立图像上的点与光点之间的对应关系按照下列步骤：

(c1)设定相移n和周期j的取值，计算周期T_j对应的卷绕相位φ_j；

(c2)利用所有周期各自对应的卷绕相位求解反映直线图像上的点和光点之间关系的绝对相位φ，以此获得图像上的点与光点的对应关系。

4.如权利要求3所述的一种基于MEMS扫描振镜的线结构光三维测量方法，其特征在于，在步骤(c1)中，当n＝0,1,2,3，j＝1,2,3时，

卷绕相位按照下列表达式进行：

绝对相位按照下列表达式进行：

其中，

5.如权利要求1所述的一种基于MEMS扫描振镜的线结构光三维测量方法，其特征在于，在步骤(d)后，还需对光点O坐标进行验证，采用下列方法，

(d1)将步骤(b)中获得MEMS扫描振镜上激光发射点到所有光点的连线形成的光线方程拟合为一个平面，即线光平面；

(d2)判断所述光点O的坐标是否在所述线光平面上，在该线光平面上，则该光点O坐标合格，否则，该光点O坐标不合格。