[发明专利]一种基于MEMS微镜的快速条纹投射与采集系统

说明书

本发明公开了一种基于MEMS微镜的快速条纹投射与采集系统，其包括点激光器、棱镜、一维MEMS微镜、正弦信号调制器、驱动控制电路、同步控制电路、频率控制电路、高速摄像机以及计算机。频率控制电路与正弦信号调制器以及点激光器相连接，点激光器输出端对应方向依次设置棱镜与一维MEMS微镜，一维MEMS微镜与驱动控制电路相连接，高速摄像机与同步控制电路和计算机相连接。点激光器发射出的点激光在棱镜的光学作用下形成线型激光并将其投射到一维MEMS微镜镜面，一维MEMS微镜在驱动控制电路的作用下进行高速谐振，对投射的线型激光进行反射形成一定范围的扫描面，结合频率控制电路对点激光器的开与关可在扫描面形成明暗相间的条纹图案，最后由同步控制电路控制高速摄像机采集条纹图像并传至计算机进行数据处理。本发明能够解决现有技术中三维测量中条纹投射速度不足的问题，结构简单可靠、可调节性强、检测速度快。

技术领域

本发明属于三维视觉结构光成像领域，涉及一种基于MEMS微镜的快速条纹投射与采集系统。

背景技术

三维视觉信息获取可分为两大类: 被动视觉信息获取技术和主动视觉信息获取技术。被动视觉信息获取技术不采用主动照明进行三维重建，立体视觉是最常用的方法之一，立体视觉系统从至少两个不同的角度捕获图像，并对图像进行分析，从这些图像中找到对应的点，进行基于三角剖分的三维坐标计算，而主动视觉信息获取技术则是投射结构光进行三维重建，其具有技术成熟，重建精度高等优点。故三维视觉信息获取技术在面对高精度工业逆向工程及产品几何尺寸检测、辅助制造、产品数字化记录存档、大型设备虚拟装配验证起到重要作用。

随着三维视觉信息获取技术应用到动态场景领域，其测量速度要求也越来越高，传统的DLP投影仪由于硬件结构设计将条纹投射频率限制于120Hz，这已经开始限制其在高速动态场景领域的使用。对于新型精密仪器三坐标测量机，其造价昂贵，结构庞大，且需与物体接触，对于易损害的文物并不适用，同样其测量速度慢，也限制其在高速动态场景下的应用。因此将结构光投射进行高速化，便携化将对人脸识别、人机交互、自动化测量、视觉导航、虚拟现实、航空航天以及医疗诊断等领域具有广阔的发展场景与重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于MEMS微镜的快速条纹投射与采集系统，能够实现高达1Khz的高速条纹投射。解决现有商用DLP投影仪与三坐标测量仪投射速度慢，体积大的问题。

本发明所采用的技术方案是提供一种基于MEMS微镜的快速条纹投射系与采集系统，其包括点激光器、棱镜、一维MEMS微镜、正弦信号调制器、驱动控制电路、同步控制电路、频率控制电路、高速摄像机以及计算机。频率控制电路与正弦信号调制器以及点激光器相连接；点激光器输出端对应方向依次设置棱镜与一维MEMS微镜相连接；一维MEMS微镜与驱动控制电路相连接；高速摄像机与同步控制电路和计算机相连接。驱动控制电路为一维MEMS微镜提供驱动信号；棱镜使点激光转化为线激光；正弦信号调制器对激光进行正弦调制；频率控制电路控制点激光器的亮灭；同步控制电路为高速摄像机，一维MEMS微镜，激光器提供同步信号。点激光器发射出的点激光在棱镜的光学作用下形成线激光投射到一维MEMS微镜镜面，一维MEMS微镜在驱动控制电路的作用下进行高速谐振，对投射的线型激光进行反射形成一定范围的扫描面，结合频率控制电路对点激光器的开与关可在扫描面形成明暗相间的条纹图案，再经高速摄像机进行图像采集，将数据发送至计算机进行处理分析。

本发明与现有技术相比，其优点有（1）器件小型化，便于携带，系统价格低廉（2）与传统的DLP投影仪相比，其投射速度进一步提升，可达1khz，更适合高速动态场景三维重建。

附图说明

图1是本发明一种基于MEMS微镜的快速条纹投射与采集系统的结构示意图

图2是本发明点激光转为线激光的原理示意图

图3是本发明线激光光束宽度与一维MEMS镜面的原理示意图