一种MEMS微振镜技术产生的结构光的痕迹提取装置及方法与流程

本发明属于痕迹提取技术领域，具体涉及一种mems微振镜技术产生的结构光的痕迹提取装置及方法。

背景技术：

痕迹提取主要用于在刑侦、检测比对领域，主要用于对犯罪现场的鞋底痕迹花纹、赤足痕迹花纹、指纹、掌纹、犯罪工具或者轮胎印记等提取。它们一是人们在站立和行走时，与地面或者其他承受面接触所形成的影象痕迹，二是其他器具或者车辆在其环境中留下的印记。这些痕迹是现在刑事诉讼中，调查中经常使用的重要物证。

但是传统的痕迹比对主要靠办案人员或者检测人员的经验，或者使用石膏或者其他塑模，这种接触式的取证方法依赖于操作人员状态，而且不可重复性，往往会造成现场重要证据有破坏丢失。而且现有技术中，痕迹提取仅限于足迹提取，比较单一，而且需要电机，体积大，工作时还需要电源，使用环境极其受约束。

因此,现有技术还需要进一步改进和发展。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提供一种mems微振镜技术产生的结构光的痕迹提取装置及方法,旨在解决现有技术中，不可重复，容易损坏现场，而且比较单一，使用环境受约束的问题。

所采用的技术方案为：一种mems微振镜技术产生的结构光的痕迹提取装置，包括外壳、激光器、光学透镜、mems微振镜、相机、控制系统和处理器；mems微振镜、光学透镜、激光器依次设置，显示屏设置于外壳上，控制系统、处理器设置于外壳内；

其中，激光器产生一定能量分布的光斑；

光学透镜用于整形激光器产生的光斑，使光斑呈现扇形发散；

mems微振镜位于透过光学透镜的光路上，mems微振镜围绕转轴做回转运动，将通过光学透镜的扇形光束扫描成为光幕；

控制系统通过控制激光器的明灭和mems微振镜的震动频率，将扫描光幕调制成编码结构光；

相机通过感光投射在痕迹上的图案，反向解码出痕迹的三维点云图案，将该痕迹点云图案立体的显示出来；

处理器反向解码出痕迹的三维点云图案。

激光器为单模高斯光束。

相机设置至少一个，相机为ccd相机。

mems微振镜围绕转轴做回转运动。

生成的点云信息可视化。

mems微振镜技术产生的结构光的痕迹提取方法包括以下步骤：

a.激光器产生一定能量分布的光光斑；

b.光学透镜用于整形激光器产生的光斑，使光斑呈现扇形均匀发散；

c.mems微振镜位于透过光学透镜的光路上，mems微振镜围绕转轴做回转运动，将通过光学透镜的扇形光束扫描成为光幕；

d.控制系统通过控制激光器的明灭和mems微振镜的震动频率，将扫描光幕调制成编码结构光；

e.相机通过感光投射在痕迹上的图案；

f.处理器反向解码出痕迹的三维点云图案；

g.显示屏将该痕迹点云图案立体的显示出来。

步骤e、f具体为：

s1.将编码光栅结构光投射到目标物体表面，利用编码光栅结构光对目标物体表面进行扫描；

s2.利用相机获取目标物体两个不同视角的图像；

s3.对双目图像进行处理，并利用处理后数据和编码光栅条纹进行相位计算和立体匹配，以此计算得到物体表面结构的点云数据；

s4.通过点云数据对目标物体的三维结构表面进行重建；

s5.对重建后的多帧深度图像进行配准、拼接，获得目标物体的三维结构模型。

有益效果：本发明提供了一种mems微振镜技术产生的结构光的痕迹提取装置及方法，不但可以无接触的准确提取各种痕迹，而且可以多次将提取痕迹直接显示出来，该设备输出的点云信息可以直接用于3d打印，将造成痕迹的工具使用3d打印或者雕刻机重现出来，反复对比，该设备极大提高了我国办案人员的工作效率，为我国刑侦工作开辟了一条新路径，体积小，任何环境都可以使用。

附图说明

图1是本发明mems微振镜技术产生的结构光的痕迹提取装置的结构示意图；

图2是本发明mems微振镜技术产生的结构光的痕迹提取装置的剖面图；

图3是本发明mems微振镜技术产生的结构光的痕迹提取装置的局部具体结构示意图；

图4是本发明mems微振镜技术产生的结构光的痕迹提取方法的流程图；

图5是本发明mems微振镜技术产生的结构光的痕迹提取方法的能量分布图；

图6是本发明mems微振镜技术产生的结构光的痕迹提取方法的部分具体流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。

如图1、图2所示一种mems微振镜技术产生的结构光的痕迹提取装置，包括外壳100、激光器200、光学透镜300、mems微振镜400、相机500、控制系统、处理器和显示屏600，可视化，方便观察；如图3所示，mems微振镜400、光学透镜300、激光器200依次设置，显示屏600设置于外壳100上，控制系统、处理器设置于外壳100内；不需要步进电机，步进电机是拖动一字线成为结构光的。可以提取各种痕迹，避免了提取的单一性。

其中，激光器200产生一定能量分布的光斑；激光器200功率小，可以用电池，待机持续使用。

光学透镜300用于整形激光器200产生的光斑，使光斑呈现扇形发散；

mems微振镜400位于透过光学透镜300的光路上，在工作过程中，mems微振镜400围绕转轴做回转运动，将通过光学透镜300的扇形光束扫描成为光幕；

控制系统通过控制激光器300的明灭和mems微振镜400的震动频率，将扫描光幕调制成编码结构光；该编码结构光投射在痕迹上时，会被痕迹的高低起伏重新调制。

相机500通过感光投射在痕迹上的图案，反向解码出痕迹的三维点云图案，将该痕迹点云图案立体的显示出来；

处理器反向解码出痕迹的三维点云图案，该点云可以直接显示，或者通过其他设备显示或者生成出来。

激光器200为单模高斯光束，用于产生特定形状的光斑。

相机500设置至少一个，相机500为ccd相机500。ccd相机500设置一个，ccd相机500的光轴和通过mems微振镜400的扫描结构光的幅面的中心轴呈0到180度，该角度和所需提取的痕迹位置有关。

在另一实施例中，ccd相机500有2个，2个ccd相机500的光轴位于激光扫描幅面的中部，3者可以不对称放置。

生成的点云信息可视化，生成的点云信息可以传给其他设备显示，或者传给其他设备复现其点云痕迹。

mems微振镜400技术产生的结构光的痕迹提取方法包括以下步骤，如图4所示：

a.激光器200产生一定能量分布的光光斑；其波长可以是所有激光器200波长，红外，可见光，或者是紫外，根据实际使用环境选择激光器200功率，该激光器200应当具有准直系统，其出光光束为高斯光束，大小满足汇聚透镜和散射透镜的入射光斑要求。该激光器200应该当具备能量调制功能，可以在外部指令或内部指令的控制下控制激光器200的亮度，使得实现特定的编码结构光图案。

b.光学透镜300用于整形激光器200产生的光斑，使光斑呈现扇形均匀发散；其能量分布应为如图5所示的”几”字型，或者接近该形状的其他形状。

c.mems微振镜400位于透过光学透镜300的光路上，mems微振镜400围绕转轴做回转运动，将通过光学透镜300的扇形光束扫描成为光幕；该mems微振镜400应具有扫描振镜振动的控制功能和扫描振镜扭转和角度信息提取功能。可以在外部指令或内部指令的控制下控制激光器200的亮度，使得实现特定的编码结构光图案。

d.控制系统通过控制激光器200的明灭和mems微振镜400的震动频率，将扫描光幕调制成编码结构光；

e.如图6所示，将编码光栅结构光投射到物体表面，利用编码光栅结构光对目标物体表面进行扫描；编码光栅结构光输出，针对同一目标物体，输出至少两种不同频率的编码光栅结构光，编码光栅结构光的不同之处在于光栅线数不同及相移不同。

f.利用两个ccd相机500获取目标物体两个不同视角的图像；两个ccd相机500使用前进行联合标定，计算得到两个ccd相机500的内外参数，进而计算得两个ccd相机500的旋转矩阵和位移矢量。两个ccd相机500的联合标定的定标物为机器视觉mv-sb型平面标定板。

g.对双目图像进行处理，并利用处理后数据和编码光栅条纹进行相位和立体匹配，以此计算得到物体表面结构的点云数据；通过标定和相位匹配找到物点的对应点对，然后基于三角测量原理求出该组点所对应的空间点坐标，得到目标物体表面结构的点云数据，对得到的点云数据进行去燥和平滑处理；深度图像处理具体包括：深度图像中有效区域的选取，利用旋转矩阵和位移矢量进行双目立体矫正，依据光栅图像进行分析解相位，立体匹配，去噪声处理等。

h.通过点云数据对目标物体的三维结构表面进行重建；点云数据三维重建，具体步骤可分为编码图像的采集、编码图像的处理和三维点云的获取。

i.对重建后的多帧深度图像进行配准、拼接，获得目标物体的三维结构模型。利用从不同的方位对目标物体进行多次扫描测量获得多个深度图像，计算每一深度图像的点云数据，确定不同点云数据之间的旋转及平移关系，将多次测量的点云数据拼接成一个整体，利用geomagic对拼接后的点云进行配准拟合，生成目标物体的三维结构模型。具体的，拼接方法可选用基于机械约束的点云拼接方法、基于标志点的点云拼接方法等。

j.显示屏600将该痕迹点云图案立体的显示出来。

本发明整个提取过程为完全非接触式，不会对痕迹本身产生任何影响，可以多次提取反复比对。生成的点云图案可以在经过简单高度取反处理之后，直接用于3d打印，复原出造成痕迹的原始器具，为鉴别、经侦过程提供有力支持。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。