[实用新型]机器视觉集成传感装置

说明书

本实用新型涉及一种机器视觉集成传感装置，特别是一种保证机器视觉分层模块结构模型(专利申请号为001252925)得以实施，并确保其可靠性和可行性的机器视觉集成传感装置。本实用新型属机器人视觉领域。

自80年代初以来，计算机视觉研究在取得不少长足进展的同时，也存在许多争议。以Marr为首的三维重建学派认为，视觉是一个求外部世界描述的信息处理过程，即从单幅或多幅二维图像中，从图像特征(如边缘点、轮廓、直线、曲线、纹理、灰度、颜色等)恢复三维场景，再对三维场景进行识别、定位与运动分析。实际上，从图象恢复场景这一逆过程常因场景中的一些不适定问题导致Horn光流场约束方程无解或不稳定，许多工作也正是围绕此展开，但迄今为止还没有一种真正成功的实用系统问世。

80年代末90年代初出现了面向行为、面向应用的目的主义学派，认为视觉不应以追求外部世界描述的信息处理为目的，而应当更有效地获取和使用信息为目的，出现了三维深度映射技术，代表性的有“光点扫描三角测距”及“激光雷达”视觉传感系统，美国Sandia国家实验室、密西根环保所(ERIM)、德国Fraunhofer研究所、芬兰Oulu大学，及国内复旦、浙大、交大、上大等都报道了他们的研究成果。目前看来这些传感器的性能，如速度、精度、作用范围、空间分辨率等，导致了它们对使用场合及对象的限定。

本实用新型的目的是提供一种保证机器视觉分层模块结构模型可靠性和可行性的机器视觉集成传感装置，是一种面向应用、面向行为的视觉传感装置，它能快速、精确、全面地感知场景信息，具有适应远场及近场的特点，克服现有传感器在实用中存在的问题。

本实用新型的目的是这样实现的：由摄像机、近距离三维面形成像和远距离激光雷达测距成像集成在一起，实现各种图像在作用距离、距离精度、空间分辨率方面的信息互补，通过各图像数据在时间及空间坐标上的一致性，提高传感数据的可靠性。

本实用新型的具体实施由以下实施例及附图给出。

图1是根据本实用新型提出的机器视觉集成传感装置的原理结构示意图。

下面结合图1详细说明依据本实用新型提出的机器视觉集成传感装置的具体结构及工作情况。

图1中，水平半导体激光器3发出的线偏激光束被准直成一束很细的平行光束，其偏振方向与水平面一致，垂直半导体激光器4发出的线偏激光束也被准直成一束很细的平行光束，其偏振方向与水平面垂直。这两束光经偏振耦合器5耦合在一起，照射到两面镀发射膜的扫描镜6上，反射光线经前平面反射镜13反射到场景中的某一物体1上，物体1上的反射光经后平面反射镜7及扫描镜6的另一反射面后，进入偏振分光镜10后又被分开，其中水平方向线偏振光透过后被位置敏感探测器9接收；垂直方向线偏振光反射后进入雪崩光电探测器8。水平半导体激光器3发出的是一束直流激光束，照射到物体1表面后被位置敏感探测器9接收，依据三角测距关系光斑落在位置敏感探测器9上的位置可以决定物体1表面那一点的距离值；垂直半导体激光器4被注入式电流调制，光强呈正弦幅度变化，物体1表面的反射光被雪崩光电探测器8接收后，依据相位法测距原理，再获得物体1表面那一点的距离值。o₃o₃’轴11固定在底板16上，扫描镜6固定在o₃o₃’轴11上，且可绕o₃o₃’轴11作水平旋转，它们与水平半导体激光器3、垂直半导体激光器4、偏振耦合器5、雪崩光电探测器8、位置敏感探测器9、偏振分光镜10、前平面反射镜13、后平面反射镜7一起被固定在底板16上，底板16可绕o₁o₁’轴14作垂直摆动，这样在物体1表面得到光栅轨迹扫描线。位置敏感探测器9得到的物面上每一点距离数据构成了近距离光点扫描三维面形图像；从雪崩光电探测器8得到的距离数据，得到整个场景的激光雷达测距图像，两者在时间和空间上完全一致。摄像机2固定在底板16外侧的上方，获取场景中二维图像，该二维图像与所获得的场景中物体1面形图像和激光雷达测距图像建立了坐标对应关系。从摄像机2得到的二维图像包含场景亮度、颜色、文字及图形、光流变化的信息；从光点扫描三角法测距得到的三维面形数据，具有较高的距离精度和空间分辨率，用于近距离机器视觉对简单几何体的识别；从位相法激光测距得到的场景三维图像，用于机器视觉对场景中目标或障碍的距离、方位、运动分析、预测及路径规划。本实用新型的实施例给出光点扫描三角测距图像单元的作用距离1米，像素分辨率：水平方向1024，垂直方向512；激光雷达测距图像单元的作用距离10米，像素分辨率：水平方向256，垂直方向128。扫描视场范围：水平方向30°，垂直方向15°，帧频0.5Hz。底板16可绕o₂o₂’轴15摆动θ角、绕o₄o₄’轴12转过ω角，以扩大垂直和水平视场。o₁o₁’轴14与o₂o₂’轴15同轴、o₃o₃’轴11与o₄o₄’轴12同轴。