[发明专利]高速线扫描传感器及其标定方法

说明书

本发明提供一种高速线扫描传感器，一种高速线扫描传感器，包括线阵相机、一维扫描振镜；线阵相机和一维扫描振镜左右间隔一个距离设置；一维扫描振镜激光发射侧与线阵相机激光接收侧位于同一侧；一维扫描振镜能够在其扫描角度范围内发出扫描激光线；在每个扫描角度扫描激光线经过被测物体表面反射，反射激光线在线阵相机的成像面成像。进一步地，该高速线扫描传感器一次扫描一行，一维扫描振镜能够通过编码控制激光点亮度；一次扫描在被测物体表面形成一条编码线图案；本发明弥补了现有线结构光传感器在测量速度方面的不足。

技术领域

本发明涉及机器视觉三维测量技术领域，具体涉及一种高速线扫描传感器及其标定方法。

背景技术

近年来随着工业技术的发展，对真实世界三维结构的测量需求也越来越广泛。其中在结构光方面主要发展出了点结构光技术，线结构光技术及面结构光技术。线结构光传感器主要通过面阵相机和线激光器构成，通过标定确定线激光平面在相机坐标系下的位姿关系，从而通过三角法实现三维测量。但是由于面阵相机拍摄速度受到限制，这导致线结构光传感器在高速运动的物体表面的三维测量受到限制。

线阵相机拍摄图像的速度较高，适用于高速运动物体表面的图像获取。一维MEMS扫描振镜能够实现在行方向上的光点高速扫描。结合线阵相机和一维MEMS扫描振镜的高速特点可用于构建高速线扫描传感器。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种高速线扫描传感器，通过一维MEMS扫描振镜构建振镜扫描点结构光系统，从而实现高速线扫描，弥补了现有线结构光传感器在测量速度方面的不足。本发明还提出了高速线扫描传感器的标定方法。本发明采用的技术方案是：

一种高速线扫描传感器，包括线阵相机、一维扫描振镜；

线阵相机和一维扫描振镜左右间隔一个距离设置；一维扫描振镜激光发射侧与线阵相机激光接收侧位于同一侧；

一维扫描振镜能够在其扫描角度范围内发出扫描激光线；在每个扫描角度扫描激光线经过被测物体表面反射，反射激光线在线阵相机的成像面成像。

进一步地，该高速线扫描传感器一次扫描一行，一维扫描振镜能够通过编码控制激光点亮度；一次扫描在被测物体表面形成一条编码线图案；

将高速线扫描传感器放置在一维移动平台上，通过一维移动可获得被测物体表面的三维坐标信息。

进一步地，一维扫描振镜角度分辨率达到0.001度。

进一步地，一维扫描振镜采用一维MEMS扫描振镜。

一种高速线扫描传感器的标定方法，包括：

步骤S1，线阵相机内参数标定，用于确定线阵相机成像面上像素所表示的反射激光线方向；

步骤S2，标定线阵相机成像面上像素与扫描振镜扫描点的对应关系；

一维扫描振镜进行行扫描，对每个扫描点的亮度进行编码，线阵相机拍摄一维扫描振镜投射的编码线图案，对编码线图案进行相应解码确定线阵相机成像面上像素与扫描振镜扫描点的对应关系；

步骤S3，一维扫描振镜扫描激光线方向标定，通过多位置平面标定法进行标定；

建立线阵相机坐标系xoy；原点o为线阵相机的光心；x坐标轴平行于线阵相机成像面，y坐标轴垂直于线阵相机成像面；成像面与原点o距离为一倍焦距f；

标定平面平行于成像面；标定平面距原点o的初始距离为h0；

在一扫描角度，扫描激光线与标定平面相交于扫描点w1，相应的反射激光线在线阵相机成像面上成像于点p0；