一种多MEMS振镜的大角度投影方法、系统及介质与流程

本发明涉及光学元件、系统领域，应用于结构光三维扫描、mems振镜光栅投影，特别是涉及一种多mems振镜的大角度投影方法、系统及介质。

背景技术：

1、mems振镜是一种基于微机电系统（mems，micro-electro-mechanical system）技术制作而成的微小可驱动反射镜，镜面直径通常只有几毫米。与传统的光学扫描镜相比，具有重量轻，体积小，易于大批量生产，生产成本较低的优点。

2、目前，用于投射结构光编码条纹的mems由于受光学口径影响，扫描fov有限，不能覆盖相机fov。为实现大角度fov，通常采用以下方式：

3、方式一、通过光学扩束透镜来增大mems振镜扫描fov，但会引发信噪比降低、能量损耗等问题，最终导致扫描精度与光学扩束镜增加的fov成正比降低。

4、方式二、采用多个三维扫描仪视场拼接，最终获取到的三维数据在外部配准拼接，但是对系统计算能力要求非常高，特别是在点云密度要求高的场景，点云配准是性能瓶颈，影响扫描帧率且配准精度也会影响扫描结果。除了以上问题，采用多个mems组合方式还存在以下技术难点：1）每个mems振镜都投射光栅图案，要使相邻两个mems振镜投射的图案边界对齐，不能有重叠，也不能有间隙；2）多个mems振镜投射的图案存在重复编码的问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的为：针对现有mems振镜结构投影技术存在的缺点以及技术难点，本发明提出一种多mems振镜的大角度投影方法、系统及介质，采用多个mems组合，增加扫描fov的同时保持扫描的高精度。

2、为实现上述目的，本发明采用的一个技术方案是：提供一种多mems振镜的大角度投影方法，包括以下步骤：

3、配置投射单元步骤，所述投射单元包括激光器、准直透镜、一字线棱镜和振镜；将高速光电转换器放置于相邻所述投射单元之间的位置；

4、初始化启动步骤：驱动所述振镜振动，驱动所述激光器发射点激光；

5、光栅图案生成步骤：将所述激光器发射的点激光依次经过所述准直透镜、所述一字线棱镜后入射至所述振镜表面，经所述振镜反射到被三维扫描物表面，形成周期光栅图案；

6、投射边界对齐步骤：通过调节多个所述激光器的驱动信号的时延，并结合所述高速光电转换器，使相邻两个所述振镜投射边界对齐；

7、相位连续编码步骤：通过调节多个所述激光器的驱动信号的时延，使所述投射单元投射的相位连续编码；

8、光栅图案拍摄步骤：触发相机进行光栅图案的获取；

9、三维信息生成步骤：基于光栅图案生成被三维扫描物的三维信息。

10、作为一种改进方案，所述配置投射单元步骤进一步包括：将所述激光器、所述准直透镜、所述一字线棱镜和所述振镜依次安装定位；将所述高速光电转换器放置于每两个相邻的所述振镜的对称线上，且所述高速光电转换器位于所述振镜投射范围内靠近投射范围底部位置。

11、作为一种改进方案，所述初始化启动步骤进一步包括：通过驱动电路板将连续编码的正弦或二进制码依次输入到所述振镜，驱动所述振镜在工作频率下振动；将所述激光器的驱动信号发送至所有激光器，所述激光器的光强在驱动信号调整下形成明暗变化。

12、作为一种改进方案，所述投射边界对齐步骤进一步包括：通过相邻两个所述振镜之间的高速光电转换器确定相邻两个所述振镜投射的边界，通过调节各自激光器的驱动信号的时延，使用多个所述振镜的投射出来的图案消除重叠和间隙。

13、作为一种改进方案，所述通过相邻两个所述振镜之间的高速光电转换器确定相邻两个所述振镜投射的边界，进一步包括：获取所述高速光电转换器的脉冲信号，根据所述脉冲信号得到脉冲宽度，基于所述脉冲宽度调整所述振镜的扫描角，使所述振镜的扫描边界与所述高速光电转换器对齐。

14、作为一种改进方案，所述相位连续编码步骤进一步包括：通过调节多个所述激光器的驱动信号的时延，调节各个所述激光器投射的周期光栅图案的相位，使单个投射单元投射的图案光栅周期不变的情况下，多个投射单元投射的相位连续编码。

15、作为一种改进方案，所述光栅图案拍摄步骤进一步包括：所述驱动电路板输出同步触发信号至所述相机，所述相机根据触发信号实现光栅图案的拍摄。

16、作为一种改进方案，所述三维信息生成步骤进一步包括，将所述相机拍摄的光栅图案发送至计算单元，所述计算单元根据相移法成像原理得到被三维扫描物的三维信息。

17、本发明还提供一种mems光机的偏转角检测系统，包括：外壳和设在外壳内的相机、计算单元、驱动电路板和投射单元；所述投射单元由两个mems组合而成，每个所述mems包括依次设置的激光器、准直透镜、一字线棱镜和振镜，相邻两个所述振镜的对称线上设有高速光电转换器；

18、所述驱动电路板用于驱动所述激光器、所述振镜和所述相机；所述激光器用于发射点激光并使点激光依次经过所述准直透镜、所述一字线棱镜后入射至所述振镜表面，经所述振镜反射到被三维扫描物表面，形成周期光栅图案；所述驱动电路板用于调节多个所述激光器的驱动信号的时延，并结合所述高速光电转换器，使相邻两个所述振镜投射边界对齐；所述驱动电路板用于调节多个所述激光器的驱动信号的时延，使多个所述投射单元投射的相位连续编码；所述相机用于获取光栅图案并发送至所述计算单元；所述计算单元用于根据所述光栅图案生成被三维扫描物的三维信息。

19、本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述方法的步骤。

20、本发明的有益效果是：

21、本发明所述的多mems振镜的大角度投影方法，能够实现多mems振镜投影边界对齐；多mems振镜连续编码的方法，可以满足投射图案(解相位)不重复；实现mems振镜fov覆盖相机fov的要求；多mems振镜扩大扫描角度，避免因扫描仪覆盖视场不足需多个扫描仪拼接带的更高成本和多扫描仪得到的点云拼接的计算成本；

22、本发明所述的多mems振镜的大角度投影系统，多mems振镜组合扩大扫描角度，使用pd传感器对相邻两个mems振镜投影边界对齐，多mems振镜连续编码的方法，可以满足投射图案(解相位)不重复；具有比单mems振镜投射方案更大fov的优点，得到了大景深大投射角度的投影方案，可以为大视场三维扫描提供低成本方案。

23、本发明所述的计算机可读存储介质，具有比单mems振镜投射方案更大fov的优点，同时保持扫描的高精度。

技术特征：

1.一种多mems振镜的大角度投影方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种多mems振镜的大角度投影方法，其特征在于：所述配置投射单元步骤进一步包括：将所述激光器、所述准直透镜、所述一字线棱镜和所述振镜依次安装定位；将所述高速光电转换器放置于每两个相邻的所述振镜的对称线上，且所述高速光电转换器位于所述振镜投射范围内靠近投射范围底部位置。

3.根据权利要求2所述的一种多mems振镜的大角度投影方法，其特征在于：所述初始化启动步骤进一步包括：通过驱动电路板将连续编码的正弦或二进制码依次输入到所述振镜，驱动所述振镜在工作频率下振动；将所述激光器的驱动信号发送至所有激光器，所述激光器的光强在驱动信号调整下形成明暗变化。

4.根据权利要求3所述的一种多mems振镜的大角度投影方法，其特征在于：所述投射边界对齐步骤进一步包括：通过相邻两个所述振镜之间的高速光电转换器确定相邻两个所述振镜投射的边界，通过调节各自激光器的驱动信号的时延，使用多个所述振镜的投射出来的图案消除重叠和间隙。

5.根据权利要求4所述的一种多mems振镜的大角度投影方法，其特征在于：所述通过相邻两个所述振镜之间的高速光电转换器确定相邻两个所述振镜投射的边界，进一步包括：获取所述高速光电转换器的脉冲信号，根据所述脉冲信号得到脉冲宽度，基于所述脉冲宽度调整所述振镜的扫描角，使所述振镜的扫描边界与所述高速光电转换器对齐。

6.根据权利要求5所述的一种多mems振镜的大角度投影方法，其特征在于：所述相位连续编码步骤进一步包括：通过调节多个所述激光器的驱动信号的时延，调节各个所述激光器投射的周期光栅图案的相位，使单个投射单元投射的图案光栅周期不变的情况下，多个投射单元投射的相位连续编码。

7.根据权利要求6所述的一种多mems振镜的大角度投影方法，其特征在于：所述光栅图案拍摄步骤进一步包括：所述驱动电路板输出同步触发信号至所述相机，所述相机根据触发信号实现光栅图案的拍摄。

8.根据权利要求7所述的一种多mems振镜的大角度投影方法，其特征在于：所述三维信息生成步骤进一步包括，将所述相机拍摄的光栅图案发送至计算单元，所述计算单元根据相移法成像原理得到被三维扫描物的三维信息。

9.一种基于多mems振镜的大角度投影系统，采用权利要求1-8中任一项所述的一种多mems振镜的大角度投影方法，其特征在于，所述系统包括：外壳和设在外壳内的相机、计算单元、驱动电路板和投射单元；所述投射单元由两个mems组合而成，每个所述mems包括依次设置的激光器、准直透镜、一字线棱镜和振镜，相邻两个所述振镜的对称线上设有高速光电转换器；

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1~8中任一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种多MEMS振镜的大角度投影方法、系统及介质，将高速光电转换器放置于相邻所述投射单元之间的位置；驱动振镜振动，驱动激光器发射点激光；将激光器发射的点激光依次经过准直透镜、一字线棱镜后入射至振镜表面，经振镜反射到扫描物表面，形成周期光栅图案；通过调节多个激光器的驱动信号的时延，并结合高速光电转换器，使相邻两个振镜投射边界对齐；通过调节多个激光器的驱动信号的时延，使多个投射单元投射的相位连续编码；触发相机进行光栅图案的获取；基于光栅图案生成扫描物的三维信息；本发明具有比单MEMS振镜投射方案更大FOV的优点，得到了大景深大投射角度的投影方案，可为大视场三维扫描提供低成本方案。

技术研发人员：周文良,王培斌,吕振,李彩俊
受保护的技术使用者：中科融合感知智能研究院（苏州工业园区）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14