具备如下探测方法：
[0022] a.首先调整激光器1、光束整形系统2、矩形光栅3、单色傅立叶变换透镜4、频谱 选择器5、波片6、单色变倍率镜头7、高速振镜9等器件置于精密丝杠8-1和精密导轨8-2 上；远心镜头及高速CXD(CMOS) 11、激光测距系统12按照设计的基线距离b确定安装位置； 内部环境控制系统13、计算机及软件分析系统14等上述元器件均安装在带有保护窗口（Z 字形辐射防护窗口）16-1、保护窗口（Z字形辐射防护窗口）16-2的保护外壳15内，达到普 通及特殊多环境使用要求；
[0023] b.激光器1选择圆光斑输出的单模激光器，便于波面测量，及单色傅立叶变换透 镜4、波片6、单色变倍率镜头7的单色匹配设计。当选择不同波长的激光器时，需要对应设 计相匹配的单色傅立叶变换透镜4、波片6、单色变倍率镜头7 ;
[0024] c.光束整形系统2,采用激光扩束器设计方式，降低入射到矩形光栅3的功率密 度，降低光栅损伤，便于提高激光器1的功率；激光束腰位置的小孔，要求优于微米级的圆 度，且无毛刺；
[0025] d.矩形光栅3,要求占空比不等于1 : 1，便利使用一级频谱、二级频谱及三级频 谱，充分利用其倍频关系，快速提高空间频率；目标简单情况，矩形光栅也可方便的更换为 正弦光栅，此时，去掉频谱选择器5即可；
[0026] e.单色傅立叶变换透镜4和单色变倍率镜头7,均需配合激光器1的波长设计，实 现空间光学傅里叶变换，同时兼顾孔径和视场要求；
[0027] f.频谱选择器5,包括电、磁或光寻址空间光调制器SLM、数字式微反射镜器件 DMD、机械式小孔均可，以方便选择一级频谱、二级频谱及三级频谱，并对零级频谱略有衰减 即可；在不使用矩形光栅3,以及不需要频谱选择的条件下，可去掉；选择单频、双频、三频 的正弦结构光投影，不会出现频率混叠，容易实现滤波算法设计，减少软件运算量，减轻图 像处理CPU的运算压力，提高识别率；
[0028] g.波片6,配合激光器1的波长选择波长，放置在零级频谱位置，配合选择一级频 谱、二级频谱及三级频谱，对应选择1/4波片或1/2波片，将零级频谱耦合进一级频谱、二级 频谱及三级频谱，成倍提高局部大曲率位置的条纹密度及正弦结构光的对比度，有效利用 零级频谱能量，利于获取远距离及大尺寸的清晰图像，提高模式识别率；
[0029] h.高速振镜9,大幅度扩大视场范围，高速振镜9定位于单色变倍率镜头7后面， 实现大尺寸、大面积投影正弦结构光输出，配合远心镜头及图像拼接技术，静态拍摄可以达 到几十米的巨大范围，能够兼顾远近不同距离的低速物体模式识别，以及高速运动目标的 捕捉及模式识别；
[0030] i.精密丝杠8-1、精密导轨8-2,调整及固定激光器1、光束整形系统2、矩形光栅 3、单色傅立叶变换透镜4、频谱选择器5、波片6、单色变倍率镜头7、高速振镜9等器件；
[0031] j.远心镜头及高速CXD(CMOS) 11、激光测距系统12并列设置，同高速振镜9构成 拍摄基线b，通过激光测距系统12,获得目标的实时拍摄距离Ltl等结构数据参数和目标图 像，实现在不同距离位置波像差的实时补偿，有效提高拍摄对象的清晰度，提高识别精度； 并将数据传输至计算机及软件分析系统14,进行模式识别处理并存储；
[0032] L内部环境控制系统13获得设备内部的各个参数，如温度、压力等数据，传输至 计算机及软件分析系统14,并受其控制，实现内部环境的稳定，保证各个元件的正常工作；
[0033] 1.保护外壳15,带有正弦结构光扫描输出保护窗口，及目标拍摄和测距接收输入 保护窗口；固定所有元件，一般设计具有防尘、防水保护功能，保证内部元件稳定工作及维 持内部环境稳定作用；特别是，如超低温、高真空、微重力、超高温、超高压、强腐蚀、强辐射 等特殊环境，需要针对性设计；
[0034] m.保护窗口（Z字形辐射防护窗口）16-1、保护窗口（Z字形辐射防护窗口）16-2， 是输出、输入保护窗口，实现正弦结构光的投影输出，识别目标对象图像的输入，以及激光 测距系统12的保护窗口；根据使用特殊环境的不同选择设计对应的方式；一般的耐压、耐 高温设计选择蓝宝石窗口，防紫外设计选择石英窗口，防高能粒子福射，设计选择Z字形福 射防护窗口等，实现特殊环境需要；在超低温、高真空、微重力、超高温、超高压、强腐蚀、强 辐射等特殊环境，需要强化设计及加工制造；
[0035] η.计算机及软件处理系统14,接收远心镜头及高速(XD(CMOS)ll、激光测距系统 12、内部环境控制系统13等获得图像、测距数据和内部环境数据，并进行相应的图像、图形 计算，并实现部环境的控制，以及待识别目标物的模式识别和数据输出。
[0036] 具体是使用占空比精确控制制造的矩形光栅，进行空间分频，结合频谱选择器，同 级次频谱合成，利用波片将零频光能量转移到奇数次频谱，提高高空间频率正弦结构光的 对比度，结合针对单一波长设计的单色专用镜头，有效降低波像差；结合激光测距系统，通 过对输出波面的标定，实现从低频到高频，高对比度，像场修正便捷，适合由近及远的大视 场范围测量的正弦结构光连续输出，兼顾远近不同距离，不同特征的静态、低速，以及高速 运动物体的模式识别。
[0037] 使用输出的二维正弦结构光，直接投影至被待识别目标，均匀分布的正弦结构光 受到被记录物体的表面形貌调制，直接产生变形的栅线，将目标物体的相位信息用变形的 栅线记录为强度分布编码，原理如下：
[0038] 若采用缝宽a，光栅常数d，长L的矩形光栅，则光栅透过率表示为：
[0039]
【主权项】
1. 一种普通及特殊环境的人工智能机器视觉识别装置，其特征在于包括沿光路依次 配置在精密丝杠（8-1)和精密导轨（8-2)的圆光斑输出的单模激光器（1)、光束整形系统 (2) 、矩形光栅（3)、单色傅立叶变换透镜（4)、频谱选择器（5)、波片(6)、单色变倍率镜头 (7)、高速振镜（9)组成的正弦结构光输出系统，由计算机（14)及与之相连的远心镜头及 高速CCD或CMOS(Il)、激光测距系统（12)、内部环境控制系统（13)组成的视觉采集识别 系统和正弦结构光输出系统的输出光路和视觉采集识别系统的采集光路指向的待识别目 标（10);正弦结构光输出系统和视觉采集识别系统配置在带防辐射保护窗口的保护外壳 (15)内。
2. 根据权利要求1所述装置，其特征在于所述光束整形系统（2)位于激光器（1)的后 面，对激光束扩束、准直、整形；矩形光栅（3)位于光束整形系统（2)的后面，并使矩形光栅 (3) 定位在单色傅立叶变换透镜（4)的前焦平面上；波片（6)及频谱选择器（5)位于单色 傅立叶变换透镜（4)的后焦平面上，并定位于单色变倍率镜头（7)的前焦平面上；高速振镜 (9)位于单色变倍率镜头（7)后方输出光路上。
3. 根据权利要求1所述装置，其特征在于所述远心镜头及高速CCD或CMOS(Il)、激光 测距系统（12)并列设置。
4. 根据权利要求3所述装置，其特征在于所述远心镜头及高速CCD或CMOS (11)位于临 近正弦结构光输出系统的内侧、所述激光测距系统（12)位于远离正弦结构光输出系统的 外侧。
5. 根据权利要求1所述装置，其特征在于所述保护外壳（15)在正弦结构光输出系 统前面和视觉采集识别系统前面分别配置有正弦结构光输出系统的Z字形辐射防护窗口 (16-1)和视觉采集识别系统的Z字形辐射防护窗口（16-2)。
6. 根据权利要求5所述装置，其特征在于所述Z字形辐射防护窗口是一个两端分别反 向垂直伸出遮光端筒的遮光主筒的两拐角处分别配置一面镜面与所述遮光端筒轴线和遮 光主筒轴线呈45度夹角的反射镜。
7. 根据权利要求6所述装置，其特征在于所述遮光端筒外端配置有透明窗口，所述透 明窗口为蓝宝石窗口或者石英窗口或者其它透明镜片；所述遮光主筒或者一个外遮光端筒 的外端部固装在所述保护外壳（15)上。
8. 根据权利要求1所述装置，其特征在于所述远心镜头及高速CCD或CMOS(Il)、激光 测距系统（12)同高速振镜（9)构成拍摄基线（b)。
9. 根据权利要求1所述装置，其特征在于所述光束整形系统（2)为激光扩束器式， 其激光束腰位置的小孔圆度优于微米级，且无毛刺；所述矩形光栅（3)要求占空比不等于 I : 1 ;所述矩形光栅（3)和频谱选择器（5)由正弦光栅代替。
【专利摘要】本实用新型涉及一种普通及特殊环境的人工智能机器视觉识别装置，为解决现有技术视场范围小问题，其包括正弦结构光输出系统，由计算机(14)及与之相连的远心镜头及高速CCD或CMOS(11)、激光测距系统(12)、内部环境控制系统(13)组成的视觉采集识别系统和正弦结构光输出系统的输出光路和待识别目标(10)；正弦结构光输出系统和视觉采集识别系统配置在带防辐射保护窗口的保护外壳(15)内。具有实现从低频到高频，高对比度，适合由近及远的大视场范围测量的正弦结构光连续输出，兼顾不同特征的静态、低速，以及高速运动物体的模式识别的优点。
【IPC分类】G01C11-00
【公开号】CN204421902
【申请号】CN201420785758
【发明人】李宏升, 岳军, 邓剑平, 陈冰泉, 李延娥, 任旭升, 李县洛, 滕霖王涛, 宋立梅, 陈勇, 张敏, 廖延彪
【申请人】青岛理工大学, 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所, 清华大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2014年12月10日