[发明专利]双测距模块复合快速高精度激光三维测量方法

说明书

本发明公开了双测距模块复合快速高精度激光三维测量方法。目前现有激光三维扫描测量技术无法兼顾测量精度和测量速度。本发明将压缩感知技术、相位法激光测距技术和FMCW激光测距技术结合，首先对全视野目标实现快速三维测量，然后利用FMCW激光测距技术对被测目标关键特征实现高精度测量，并结合快速控制反射镜的高精度角度信息，得到被测目标的高精度三维测量结果，达到兼顾测量效率和测量精度的目的。本发明实现了对目标的快速三维测量，并且相位法激光测距技术和FMCW激光测距技术共用激光接收系统，大大降低了系统的复杂性。

技术领域

本发明属于激光三维测距技术领域，具体涉及一种双测距模块复合快速高精度激光三维测量方法。

背景技术

随着科技的发展，技术的进步，航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备、高档数控机床、机器人装备等高端装备制造行业对大尺度三维精密测量的精度、量程和测量速度等性能提出了严苛的要求。现有的激光三维扫描测量技术由于需要配合机械扫描装置对目标进行逐点测量，在测量过程中无法兼顾测量精度和测量速度。近年来出现了使用ICCD、CMOS传感器、APD阵列代替扫描装置实现快速探测的无扫描激光三维测量技术。因为是对所有目标点同时成像，所以测量速度不会受分辨率的影响。但是，测量分辨率受限于二维面阵探测器的分辨率，特别是对于红外面阵探测器分辨率一般不超过640×480。另外面阵探测器响应频率较低，因此基于面阵探测器的激光三维测量系统，测距精度难以进一步提高。

发明内容

本发明的目的是为了克服激光三维扫描测量技术无法兼顾测量精度和测量速度的缺点以及基于面阵探测器的激光三维测量技术分辨率和精度较低的缺点，提出一种双测距模块复合快速高精度激光三维测量方法。本发明将压缩感知技术、相位法激光测距技术和FMCW激光测距技术结合，首先对全视野目标实现快速三维测量，然后对被测目标关键特征实现高精度三维测量，达到兼顾测量效率和测量精度的目的。

本发明双测距模块复合快速高精度激光三维测量方法，具体步骤如下：

步骤1、正弦波发生器产生正弦信号，控制半导体激光器产生光强度成正弦变化的激光。激光经过扩束器扩束后，被第一反射镜反射至数字微镜阵列；由数字微镜阵列调制后的激光经第一分光棱镜反射后，被激光发射系统投射至被测目标。

步骤2、被测目标反射后的回波信号被激光接收系统接收，激光接收系统接收的回波信号经第二分光棱镜后被第一光电探测器探测；混频器将第一光电探测器接收到的信号与正弦波发生器产生的正弦信号混频后传给信号采集系统进行采集。然后，正弦波发生器停止产生正弦信号。

步骤3、利用压缩感知恢复算法得到信号采集系统采集的图像的灰度图像，灰度图像中像素点的灰度值与被测目标上点的距离成正比，从而得到被测目标三维信息的粗测结果。

步骤4、三角波发生器控制可调谐激光器发射光频线性调制的窄线宽激光，窄线宽激光依次经过第二半波片和第二偏振分光棱镜后分为A、B两路。A路激光经过第三反射镜反射后进入FP标准具发生干涉，从FP标准具出射的干涉信号被凸透镜聚焦后被第二光电探测器探测；B路激光经过第一半波片调整偏振方向后由第一偏振分光棱镜分为C、D两路。C路激光的出射方向由快速控制反射镜控制，快速控制反射镜的反射光经过激光准直系统，并透过第一分光棱镜，然后被激光发射系统投射至被测目标。D路激光被第二反射镜反射至第二分光棱镜。其中，快速控制反射镜由快速控制转镜控制器控制。

步骤5、C路激光被目标反射的回波信号由接收系统接收，之后在第二分光棱镜处与D路激光合为一路，由第一光电探测器进行探测，最后由数据采集系统对第一光电探测器和第二光电探测器探测的信号进行同步采集。