太陽光環(huán)境中進行結(jié)構(gòu)光法三維測量的激光波長選擇方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)光法三維測量技術(shù)，尤其涉及太陽光照射環(huán)境中結(jié)構(gòu)光法三維測量設(shè)備中的激光波長選擇方法。
【背景技術(shù)】
[0002]結(jié)構(gòu)光法三維測量是一種主動觀測環(huán)境的方法，其工作原理為:激光器發(fā)射出一束激光，該光束經(jīng)過光學(xué)衍射元件散射形成致密的圖案模板，再投射到場景中，由于場景中的物體距離遠(yuǎn)近不同，圖案模板投射到物體表面會發(fā)生不同的變形，圖像傳感器獲取場景中發(fā)生變化的圖案模板后，通過與標(biāo)準(zhǔn)圖案模板進行關(guān)聯(lián)計算，便可以一次性得到大量的場景三維信息?；诮Y(jié)構(gòu)光法進行三維測量技術(shù)成熟、成本低廉，可快速獲取場景的三維坐標(biāo)點云或二維深度圖像，廣泛應(yīng)用于近距離測量。
[0003]根據(jù)結(jié)構(gòu)光法三維測量的工作原理，圖像傳感器獲取的圖案模板應(yīng)該盡量避免其它光源干擾。避免光源干擾的最簡單方式是限制設(shè)備使用環(huán)境，如要求在遠(yuǎn)離太陽光和熱源的室內(nèi)使用，目前醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備、游戲機體感設(shè)備等都采用這種方案。但對于需要在太陽光照射環(huán)境中使用的設(shè)備，如何降低太陽光干擾，保證測量精度目前還沒有公開的成熟方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明公開了一種在太陽光環(huán)境中進行結(jié)構(gòu)光法三維測量的激光波長選擇方法。所述方法根據(jù)大氣傳輸特性，選擇被大氣氣體分子強烈散射和吸收的波段，包括但不限于
1.3?1.5、1.7?1.9,2.5?2.9等微米波段范圍內(nèi)任意波長的近紅外光進行結(jié)構(gòu)光法三維測量。所述激光經(jīng)過光學(xué)衍射元件散射后投射到場景中，與太陽光同時經(jīng)物體反射后，通過帶通濾光片進入圖像傳感器窗口。因為該波段的太陽光能量大部分已被大氣氣體分子散射和吸收，所以成像時，與反射激光的光能量相比，太陽光的光能量可忽略不計。
[0005]采用本發(fā)明所述方法選擇激光器工作波長，進而實施結(jié)構(gòu)光法三維測量，可以在不改變已有設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作方式的情況下，將結(jié)構(gòu)光法三維測量設(shè)備的使用范圍從室內(nèi)環(huán)境擴展到有太陽光照射的室外環(huán)境中。
【附圖說明】
[0006]參照附圖，本發(fā)明的公開內(nèi)容將變得更易理解。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解的是:這些附圖僅僅用于舉例說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而并非意在對本發(fā)明的保護范圍構(gòu)成限制。
[0007]圖1為本發(fā)明所述激光器工作波長選擇范圍示意圖，其中A為水蒸氣氣體分子強烈吸收的1.3?1.5微米波段，B為水蒸氣氣體分子強烈吸收的1.7?1.9微米波段，C為二氧化碳?xì)怏w分子強烈吸收的2.5?2.9微米波段。
[0008]圖2為本發(fā)明所述結(jié)構(gòu)光法三維測量設(shè)備中的激光圖案模板生成原理示意圖，其中I為1.4微米波長激光器，2為透鏡，3為光柵，4為生成的激光圖案模板。
[0009]圖3為本發(fā)明所述結(jié)構(gòu)光法三維測量設(shè)備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作方式示意圖，其中I為中央處理器，2為1.4微米波長激光器，3為透鏡，4為光柵，5為投射的激光圖案模板，6為環(huán)境中待測物體，7為反射的激光圖案模板，8為1.4微米波長帶通濾光片，9為圖像傳感器。
【具體實施方式】
[0010]圖2、圖3及以下說明描述了本發(fā)明的可選實施方案，以此教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員如何實施和再現(xiàn)本發(fā)明。為了教導(dǎo)本發(fā)明的技術(shù)方案，已簡化或省略了一些常規(guī)方面技術(shù)方案。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解源自這些方式的變型或替換將在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解下述特征能夠以各種方式組合以形成本發(fā)明的多個變型。因此，本發(fā)明并不局限于下述可選實施方式，而僅由權(quán)利要求和它們的等同物限定。
[0011]由于大氣中的水蒸氣氣體分子對1.3?1.5微米波段的太陽光存在強烈吸收，同時1.4?2.6微米的近紅外光不易透過眼屈光介質(zhì)對視網(wǎng)膜產(chǎn)生損傷，因此選取工作波長為1.4微米的InGaAsP半導(dǎo)體激光器作為結(jié)構(gòu)光法三維測量設(shè)備的光源；
[0012]中央處理器啟動激光器發(fā)射激光；
[0013]激光經(jīng)過光柵形成致密的圖案模板，投射到場景中；
[0014]場景中待測物體反射太陽光和激光，通過1.4微米帶通濾光片進入圖像傳感器；
[0015]中央處理器啟動圖像傳感器成像；
[0016]中央處理器中的圖像處理模塊從圖像中提取圖案模板，與標(biāo)準(zhǔn)圖案模板進行關(guān)聯(lián)計算，獲取場景的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
【主權(quán)項】
1.本發(fā)明公開了一種在太陽光環(huán)境中進行結(jié)構(gòu)光法三維測量的激光波長選擇方法。所述方法根據(jù)大氣傳輸特性，選擇被大氣氣體分子強烈散射和吸收的波段，包括但不限于1.3?1.5、1.7?1.9,2.5?2.9等微米波段范圍內(nèi)任意波長的近紅外光進行結(jié)構(gòu)光法三維測量。采用所述激光進行結(jié)構(gòu)光法三維測量，能夠在不改變已有設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作方式的情況下，將設(shè)備使用范圍從室內(nèi)擴展到有太陽光照射的室外環(huán)境中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述激光光源的特征在于:滿足國內(nèi)外激光安全使用標(biāo)準(zhǔn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述激光光源的特征在于:通過帶通濾光片進入圖像傳感器窗口的光能量中，與反射激光的光能量相比，太陽光的光能量可忽略不計。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種太陽光環(huán)境中進行結(jié)構(gòu)光法三維測量的激光波長選擇方法。所述方法根據(jù)大氣傳輸特性，選擇被大氣氣體分子強烈散射和吸收的波段，包括但不限于1.3～1.5、1.7～1.9、2.5～2.9等微米波段范圍內(nèi)任意波長的近紅外光進行結(jié)構(gòu)光法三維測量。采用所述激光進行結(jié)構(gòu)光法三維測量，能夠在不改變已有設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作方式的情況下，將設(shè)備使用范圍從室內(nèi)擴展到有太陽光照射的室外環(huán)境中。所述設(shè)備體積小、重量輕，能耗小，成本低、安全性高，能夠快速獲取近距離大范圍的三維場景信息。
【IPC分類】G01B11-25
【公開號】CN104792278
【申請?zhí)枴緾N201510127792
【發(fā)明人】覃泳睿, 王建梅, 李雪峰
【申請人】覃泳睿, 王建梅, 李雪峰
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年3月23日