[发明专利]双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正装置和方法

说明书

本发明双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正方法属于光学共焦显微技术领域和光学精密测量领域。针对扫描振镜在测量过程中出现的位置误差给测量信号带来随机误差的问题，本发明公开了一种双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正方法，通过设计两路探测光路分别对标准样品与待测样品同时进行共焦扫描测量，样品经过一次形变后，再次对两样品进行测量，通过将两次对标准样品的测量信号相减便可以得到扫描振镜带来的误差信号，将两次对标准样品的测量信号进行亚像素匹配便可以得到每一点的位置偏差，利用该位置偏差信号对二维扫描振镜位置误差进行补偿。

技术领域

本发明双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正装置和方法属于光学共焦显微技术领域和光学精密测量领域。

背景技术

双目立体视觉是机器视觉的一种重要形式，它是基于视差原理并利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点间的位置偏差，来获取物体三维几何信息的方法。双目立体视觉测量方法具有效率高、精度合适、系统结构简单、成本低等优点，其在移动机器人的自主导航系统，航空及遥感测量，工业自动化系统等领域都有重要应用。

激光共焦扫描技术无论在工业测量领域还是在高尖端测量领域都有着十分广泛的应用，激光共焦扫描技术有着非接触测量，轴向分辨力高，扫描速度快等特点。在激光共焦扫描显微技术中，通常使用二维振镜扫描，利用安装在2个互相垂直伺服转机上的平面反射镜绕互成角度，围绕转轴转动，使扫描光束按照一定角度和速度向x、y轴2个方向扫描，实现目标空间平面扫描的扫描方式。然而在实际测量过程中，二维振镜每次测量存在着随机误差，因此，为提高样品测量精度，需要对此误差进行矫正。

发明内容

在光学共焦显微技术领域和光学精密测量领域中，针对扫描振镜在测量过程中出现的位置误差给测量信号带来随机误差的问题，本发明公开了一种双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正方法，通过设计两路探测光路分别对标准样品与待测样品进行共焦扫描测量，样品经过一次形变后，再次对两样品进行测量，将两次对标准样品的测量信号进行亚像素匹配便可以得到每一点的位置偏差，利用该位置偏差信号对二维扫描振镜位置误差进行补偿，进而可抑制系统的随机误差，进而提高信噪比，对双目立体视觉技术与共焦显微测量技术的发展都有推动作用。

本发明的目的是这样实现的：

一种双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正装置，包括：由待测样品、摄影镜头、场镜一、物镜一、二向色镜一、1/4波片、管镜、场镜二、扫描透镜、二维扫描振镜、二向色镜二、PBS一、激光器一、聚焦透镜一、针孔一、PMT探测器一、激光器二、PMT探测器二、针孔二、聚焦透镜二、PBS二、标准样品和物镜二组成的测量光路，所述物镜一焦点与场镜一光心重合。所述管镜焦点、扫描透镜焦点和场镜二光心重合。所述激光器一发出波长633nm红色激光，激光器二发出532nm波长绿色激光，二向色镜一与二向色镜二对红色激光几乎完全透过，对绿色激光几乎完全反射。激光器一发出633nm红色激光后经PBS一反射并完全透过二向色镜二，经二维扫描振镜反射与扫描透镜聚焦于场镜二光心位置，光线被管镜扩束后经过1/4波片，再通过二向色镜一，经物镜一聚焦于场镜一光心位置，光束通过摄影镜头聚焦于待测样品表面，经待测样品反射后原路返回通过PBS一和聚焦透镜一通过针孔一被PMT探测器一接收。激光器二发出波长532nm绿色激光，经PBS二并被二向色镜二完全反射，光线经二维扫描振镜反射与扫描透镜聚焦于场镜光心位置，再被管镜扩束后经过1/4波片，再被二向色镜一完全反射，光束经物镜二聚焦至标准样品表面并经其反射后原路返回至PBS二，光束完全透过后经聚焦透镜二聚焦，通过针孔二后被PMT探测器二接收。

一种在上述双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正装置上实现的扫描振镜位置误差矫正方法，包括以下步骤：

步骤a、开启激光器一与激光器二，控制二维扫描振镜，使两路激光在待测样品和标准样品表面偏转，分别完成对待测样品及标准样品的扫描，相应的PMT探测器一和PMT探测器二得到两个探测信号I₁₁和I₁₂；