[发明专利]基于数字微镜器件的闭环式三维视觉装置

说明书

技术领域

本发明涉及高精度三维重建领域及电子技术领域，尤其涉及数字微镜器件在三维信息采集方面应用的一种基于数字微镜器件的闭环式三维视觉装置，该装置可用于高速高精度的三维信息数据获取。

背景技术

人们生活在三维世界中，为了能更好的表达客观世界，三维视觉技术变的很重要。在需要高速高精度物体的三维信息时，需要能进行反馈闭环测量待测物体的装置，以及很高的光栅图案投射速度、图像捕获和处理速度。

传统的三维视觉装置是通过固定的LCD投影仪投射一系列的光栅图案到待测物体表面，然后通过摄像头拍摄图片，上传至PC机进行处理和显示。而传统的LCD投影仪刷新速率只有30-60fps，投影和采集速度很慢，且设备固定，只能进行一个固定场景方向和焦距的扫描，采集范围小、精度低。此外，摄像头采集图片需要使用PC机进行处理和显示，设备笨重，不便携。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种基于数字微镜器件的闭环式三维视觉装置，首先通过数字微镜实现对空间光的快速调制，能够快速产生一系列的光栅图案，同时通过摄像头快速采集下来，交由嵌入式微处理器进行三维信息恢复提取，最后上传至上位机进行显示，再对显示结果进行处理，得到待测物体偏离图片中心的距离值，并驱动电机调整数字微镜模块和摄像头角度及焦距，使采集到的三维信息更精密。具有操作简单、采集范围大、采集处理速度快、设备小巧易携，显示存储方便等特点。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种基于数字微镜器件的闭环式三维视觉装置，特点是：该装置包括：PC机、控制电路、数据处理模块、电机、数字微镜模块、参考平面及摄像头，所述PC机与控制电路连接；控制电路分别与电机、数字微镜模块、摄像头连接；电机分别与数字微镜模块、摄像头连接；数字微镜模块与参考平面连接；参考平面与摄像头连接；摄像头与数据处理模块连接；

其中：

所述控制电路包括FPGA、4核Cortex-A9处理器、AS接口、USB接口、LED、按键及UART接口,所述FPGA分别与AS接口、4核Cortex-A9处理器连接；4核Cortex-A9处理器分别与USB接口、LED、按键及UART接口连接；

所述数据处理模块包括4核Cortex-A9处理器、USB接口、DDR3、MIPI接口及eMMC,所述4核Cortex-A9处理器分别与USB接口、DDR3、MIPI接口及eMMC连接；

所述数字微镜模块包括光源、匀光光棒、棱镜透镜组、数字微镜器件、透镜阵列，所述光源与匀光光棒连接；匀光光棒与棱镜透镜组连接；棱镜透镜组与数字微镜器件连接；数字微镜器件与透镜阵列连接。

本发明装置实现闭环式三维视觉功能包括以下具体步骤：

步骤1：PC机控制光源照射到数字微镜器件上

ⅰ）PC机通过控制电路打开光源开关；

ⅱ）照射光通过匀光光棒，使点光源展宽为面光源；

ⅲ）照射光通过棱镜透镜组，使照射光面符合数字微镜器件大小；

步骤2：控制电路控制数字微镜器件对空间光进行调制并照射到待测物体上

ⅰ）控制电路控制数字微镜器件每个镜子的旋转角度，使其呈现出“打开”或者“关断”状态，控制空间光的形状、区域，完成对空间光的调制，连续高速产生一系列光栅图案；

ⅱ）调制后的空间光经过透镜阵列，均匀准确地照射在放置在参考平面的待测物体表面上；

步骤3：控制电路控制摄像头采集待测物体的图像数据并在数据处理模块中进行处理

ⅰ）控制电路控制摄像头，在每次数字微镜器件产生的光栅图案照射在放置在参考平面的待测物体上后，立即采集待测物体的图像数据并存储在eMMC存储器中；

ⅱ）在一系列光栅图案照射下的待测物体图片采集完毕后，4核Cortex-A9处理器对图片进行二值化、结构光解码、畸变量提取等操作；

步骤4：控制电路控制数据处理模块提取待测物体位置，进行第二次采集

ⅰ）在4核Cortex-A9处理器完成对图像的处理后，控制电路控制4核Cortex-A9处理器将结果存储在eMMC存储器，并将待测物体偏离图片中心的距离信息发送至控制电路。

ⅱ）控制电路驱动电机调整数字微镜模块和摄像头角度和焦距，使待测物体放大且处于数字微镜模块投射图案的中心和摄像头拍摄图片的中心。

ⅲ）重复步骤1至步骤3，完成第二次精度更高的采集