[发明专利]一种基于双光机的光刀光栅混合式三维测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种基于双光机的光刀光栅混合式三维测量装置，其特征在于：包括双目立体视觉系统，所述双目立体视觉系统由一个左摄像机与右摄像机共同构成；在左摄像机与右摄像机所在轴线的正中心位置放置第一光机和第二光机；其中，第一光机为投影白光的数字投影仪，用于光栅模式测量；第二光机为投影扫描式激光光刀的微振镜激光投影仪，用于生成扫描式激光光刀；所述光刀光栅混合式三维测量装置共有两个工作模式：模式一是光栅测量模式，采用第一光机；模式二是光刀测量模式，采用第二光机；

该装置按照如下步骤工作：

步骤(1)，在模式一中，通过第一光机与左摄像机与右摄像机投影并采集光栅图片，将采集到的光栅图片进行极线校正求出图片中每点相位，对相位去包裹并利用相位相同进行逐行匹配求视差，得到视差图；对视差图求解出其质量图，质量图反映视差图每个像素点的可靠程度，设定阈值，去除视差图中质量不好区域；若视差图整体质量良好，则直接跳转至步骤(4)；

步骤(2)，在模式二中，通过第二光机与左摄像机与右摄像机投影并采集光刀图片，对图片进行极线校正并提取出每条光刀中心像素坐标进行逐行匹配求视差图；求解出其质量图，并设定阈值，去除视差图中质量不好区域；

步骤(3)，根据质量图融合两个模式下的视差图；对于同一个像素点，若在模式一与模式二下的质量指数均符合要求，优先保留模式一的视差值；

步骤(4)，通过视差图进行双目立体视觉系统下的三维重建。

2.如权利要求1所述光刀光栅混合式三维测量装置，其特征在于，所述步骤(1)中：采取SVD分解分离噪声的方式识别出视差图质量不好的区域；

对视差图进行SVD分解：

前N项为视差图主成分，包含大部分有效信息；外界噪声的干扰类似于白噪声，在后m-N项中被保留；

去除前N项：

Dis_Noise_m*n＝σ_N+1U_N+1V_N+1^T+σ_N+2U_N+2V_N+2^T+σ_N+3U_N+3V_N+3^T+... (2)；

Dis_Noise仅保留噪声，将其通过阈值T二值化得到的模板图像即为视差图的质量图，为1则此处质量差需去除，为0则质量好则保留。

3.基于权利要求1所述光刀光栅混合式三维测量装置的光刀光栅混合式三维测量方法，其特征在于，按照如下步骤：

第一步，设计系统工作参数；根据线结构光的工作距离确定最大工作距离L₂，最小工作距离L₁；景深范围内ΔL的最大光斑ω_max；线结构光步进式移动的行数R，R由激光光束特性决定；

第二步，生成驱动信号；涉及的驱动信号有三种；

1)微振镜快轴驱动信号，这是一种正弦或余弦波形的电流信号，其频率f_x等于微振镜快轴方向谐振频率f，其峰值I_x峰由微振镜的具体参数确定；

2)微振镜慢轴驱动信号，这是一种梯形电流信号；其频率为f_y＝f_x/R，其峰值I_y峰由微振镜的参数确定；

3)激光器的驱动信号，为可调节的恒定的电流；其最高频率f_LD由其激光光束的特性决定，其峰值和偏置电流均由激光器的特性决定；上述三种驱动信号均为模拟信号；

第三步，生成有悬停效果的、可移动的线结构光；利用第二步中产生的微振镜快轴驱动信号，驱动微振镜进行一维扫描，产生线结构光，线结构光的长度与微振镜的偏转角度有关；利用第二步中产生的微振镜慢轴驱动信号，驱动微振镜在慢轴方向步进式偏转，实现线结构光的步进式移动；激光器通过可调节的恒定电流产生不同光强的的激光光束，激光光束以一定的入射角照射到振镜表面，再经过振镜反射到物体表面，形成具有悬停效果的、可移动的线结构光；

第四步，生成自适应的线结构光；摄像机通过采集线激光的图片并进行分析，可分析出目前电流下的激光器发出的光强是否合适，并将反馈信号传输给上位机，由上位机发送校正信号给激光器，进而提升或降低激光器的光强，实现线结构光的自适应调节。