[发明专利]一种基于MEMS扫描振镜的线结构光三维测量方法

说明书

本发明属于机器人视觉三维测量技术领域，并公开了一种基于MEMS扫描振镜的线结构光三维测量方法。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；(b)采用二维棋盘标靶标定激光发射点A到每个光点的连线形成的光线方程；(c)MEMS扫描振镜扫描待测物体，建立图像上的点与光点之间的对应关系；(d)计算直线图像上的任意点P与相机光心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。通过本发明，消除线结构光在测量混合反射表面时由于光条过曝而导致光条中心提取不准的影响提高三维测量精度。

技术领域

本发明属于机器人视觉三维测量技术领域，更具体地，涉及一种基于MEMS扫描振镜的线结构光三维测量方法。

背景技术

近年来随着工业技术的发展，对真实世界三维结构的测量需求也越来越广泛。其中在结构光方面主要发展出了点结构光技术，线结构光技术及面结构光技术。结构光测量获取被测物体表面的三维信息，一般都是基于三角法原理。线结构光测量方法获取被测目标信息一般通过三步：①通过标定确定线光平面与相机坐标系的位姿关系；②光条中心提取确定物体表面线光在相机成像面的投影点；③三角法计算三维点坐标。

利用线结构光可以准确的获得漫反射物体表面在相机坐标系下的三维点坐标。但是当物体表面表现为混合反射(兼有漫反射和镜面反射)表面特性时，线结构光由于光条中心提取误差较大而导致测量误差降低甚至不能得到有效的测量结果。

光条中心提取误差较大的原因是由于线激光照射在混合反射表明时，存在镜面反射及互反射导致光条过曝。目前来说，线激光的非编码特性是导致线结构光测量方法在测量混合反射表面效果不佳的主要原因。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于MEMS扫描振镜的线结构光三维测量方法，通过设定每个光点的亮度区分不同的光点，并采用二维棋盘靶标标定激光发射点和光点的光线方程确定光线方向，减小计算复杂度，同时消除提取光条中心的误差，提高测量准确度。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种基于MEMS扫描振镜的线结构光三维测量方法，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；

(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。

进一步优选地，在步骤(b)中，所述采用光刀平面标定方法对MEMS扫描振镜进行标定，优选按照下列步骤进行：

(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；