[发明专利]基于双目立体视觉的二维激光振镜扫描系统及标定方法

说明书

本发明公开了一种基于双目立体视觉的二维激光振镜扫描系统，包括激光振镜系统以及标定装置；所述的标定装置为一个直线位移系统以及一个双目立体视觉系统；本发明还公开了一种基于双目立体视觉的二维激光振镜扫描系统的标定方法，通过借助人工神经网络算法构建具体的输入数字量信号与其对应的激光束在双目系统坐标系下的方向与位置向量之间的映射关系，从而完成激光振镜系统的标定，该标定方法无需复杂的振镜系统物理参数建模过程，标定结果精度高、可靠性强，并且可以运用在激光定位投影、物体表面三维形貌测量等各种不同的基于振镜系统的实际应用中。

技术领域

本发明属于振镜扫描系统标定技术领域，具体指基于双目立体视觉的二维激光振镜扫描系统及标定方法。

背景技术

随着激光扫描振镜制造技术的不断发展，振镜的定位精度、重复精度和扫描速度都有了很大的提高，因此激光振镜在许多领域都有着广泛的应用，例如激光加工、激光投影、激光三维测量、激光医疗美容等。通常激光振镜扫描系统在使用前都需要对它进行标定，即建立振镜扫描头的偏转量与激光束在扫描对象表面形成的光斑坐标之间的关系。目前大多数振镜系统标定方法通过建立振镜的物理模型，并求解该模型中的物理参数来达到振镜系统标定的目的。由于振镜扫描系统的实际构造较为复杂，误差来源较多，振镜的物理模型往往很难充分表达各种误差因素，造成标定精度不高。而为了尽量充分地表达振镜中的几何关系和各种可能的误差因素，会导致建立的振镜系统模型中包含较多的物理参数，参数的数量过多会使得最后的模型参数优化求解过程容易陷入局部最优解，从而影响标定结果的可靠性。因此，省去复杂的振镜物理建模过程，建立精度高、稳定性好的标定方法一直是本领域技术人员待解决的技术难题。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，提出了基于双目立体视觉的二维激光振镜扫描系统及标定方法，本发明的方法直接采用人工神经网络建立输入数字信号与对应的出射激光束方位向量之间的映射关系，无需复杂的振镜系统物理参数建模过程，标定结果精度高、可靠性强，并且可以运用在激光定位投影、物体表面三维形貌测量等各种不同的基于振镜系统的实际应用中。

本发明是这样实现的，一种基于双目立体视觉的二维激光振镜扫描系统，其特征在于，包括激光振镜系统以及标定装置；所述的标定装置为一个直线位移系统以及一个双目立体视觉系统；

所述的激光振镜系统包括一个激光扫描振镜、一个激光发射器、一个控制板卡、一个电脑主机，其中控制板卡插在电脑主机的主板上使用；

所述的直线位移系统包括一个步进电机、一个直线导轨、一个滑块、一块平板、控制器、与振镜扫描系统共用的电脑主机；

所述的双目立体视觉系统包括左、右两个工业相机，分别为左相机，右相机、与振镜扫描系统共用的电脑主机，其中左右相机通过相机固定装置事先固定好。

本发明还公开了一种基于双目立体视觉的二维激光振镜扫描系统的标定方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一，保持双目立体视觉系统与振镜扫描系统位置关系不变，利用双目立体视觉系统拍摄激光束在每一个平板位置上形成的激光光斑点阵图像；

步骤二，获得光斑点阵中每个光斑中心在双目立体视觉系统坐标系下的空间坐标；

步骤三，将每个平板位置上的光斑点阵中，对应于同一条激光束的光斑中心空间坐标进行直线拟合，获得每条激光束在双目系统坐标系下的方向与位置向量；

步骤四，借助人工神经网络算法，构建具体的输入数字控制信号与其对应的激光束在双目系统坐标系下的方向与位置向量之间的映射关系，完成激光振镜系统的标定。

进一步，所述的步骤一具体如下：

1.1，保持双目立体视觉系统与激光振镜系统的位置关系不变，通过向激光振镜系统输入数字控制信号，使得激光振镜系统在双目立体视觉系统的视场中投射出一批激光束；