本發(fā)明涉及3D成像技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種激光結(jié)構(gòu)光3D成像方法。

背景技術(shù)：

目前的3D成像和3D投影等大多都是用散斑光源或者LED光源來成像。但是傳統(tǒng)的散斑成像，由于高空間相干性的問題，會(huì)產(chǎn)生大量隨機(jī)的斑點(diǎn)或顆粒狀的圖案，嚴(yán)重影響成像效果；LED光源成像雖然能夠避免這種失真，但是對(duì)于高速成像來說由于自身的亮度不夠使得它的應(yīng)用具有一定的局限性。由于激光的亮度極高，相干性好，閃光時(shí)間短，能量密度極大等優(yōu)點(diǎn)，使得激光的應(yīng)用越來越廣泛，被廣泛應(yīng)用到各種各樣的領(lǐng)域。MEMS微振鏡在偏轉(zhuǎn)激光束的時(shí)候由于偏轉(zhuǎn)過程中線速度的不同，使得得到的光柵的寬度不同和亮度不均勻，在3D建模成像過程中得到的圖像能量分布不均勻和噪聲等問題，使得它的應(yīng)用受到一定限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述發(fā)明問題，一種激光結(jié)構(gòu)光3D成像方法，包括用于生成結(jié)構(gòu)光的光學(xué)模組、攝像機(jī)、上位機(jī)及硬件控制電路，所述光學(xué)模組包括由激光器、透鏡、及MEMS微振鏡依次排列組成的光路；所述硬件控制電路由ARM模塊、FPGA模塊、振鏡驅(qū)動(dòng)電路模塊、激光器驅(qū)動(dòng)模塊、MEMS振鏡光電探測(cè)器模塊及LD光電探測(cè)器模塊組成。包括如下步驟：

步驟一，通過ARM模塊計(jì)算出等間距等亮度激光機(jī)構(gòu)光的激光器的出光時(shí)刻點(diǎn)；

步驟二，ARM模塊將計(jì)算結(jié)果發(fā)送至FPGA模塊，F(xiàn)PGA模塊按照步驟一中的計(jì)算結(jié)果通過激光器驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)激光器進(jìn)行控制、通過振鏡驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)MEMS微振鏡進(jìn)行控制；

步驟三，激光器在FPGA模塊的控制下出射激光光束至透鏡；

步驟四，透鏡將激光器的入射光調(diào)制成散射均勻的激光線條，并入射至MEMS微振鏡；

步驟五，MEMS振鏡光電探測(cè)器模塊對(duì)MEMS振鏡的相位信息進(jìn)行采集，并將采集到的信息傳遞給ARM模塊；LD光電探測(cè)器模塊對(duì)通過LD激光器的電流進(jìn)行采集，并將采集的反饋信息傳遞給ARM模塊，以此控制LD激光器始終工作在閾值電流以上；ARM模塊根據(jù)接收的信息重新計(jì)算出激光器的出光時(shí)刻點(diǎn)，并將該出光時(shí)刻點(diǎn)信息傳遞給FPGA模塊；

步驟六，F(xiàn)PGA模塊根據(jù)ARM模塊傳遞的激光器時(shí)刻點(diǎn)信息，實(shí)時(shí)調(diào)整控制激光器和MEMS振鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)，MEMS振鏡將入射的激光線條輸出為等間距等亮度的結(jié)構(gòu)光；

步驟七，用所述結(jié)構(gòu)光掃描被檢測(cè)物體，CCD攝像機(jī)在ARM模塊的控制下對(duì)被檢測(cè)物體進(jìn)行拍攝，記錄被該物體反射的結(jié)構(gòu)光圖像，并通過圖像存儲(chǔ)模塊將圖像回傳給ARM模塊；

步驟八，ARM模塊將獲取圖像信息傳遞至上位機(jī)，并由上位機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理，通過標(biāo)定對(duì)比得到被檢測(cè)物體掃描的三維坐標(biāo)，上位機(jī)對(duì)三維坐標(biāo)進(jìn)行再次處理，以此得到物體的三維圖像。

優(yōu)選為，所述步驟二中，ARM模塊根據(jù)如下公式獲得所述MEMS微振鏡的最大偏轉(zhuǎn)角度與所述激光器出光時(shí)刻點(diǎn)，

其中，β_i為第i時(shí)刻出射光線距最大出射光線的角度，N為掃描半周期內(nèi)的明線條或者暗線條的數(shù)量；

其中，t_i為激光器的出光時(shí)刻點(diǎn)，f為振鏡頻率，T為振鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)周期；FPGA模塊控制MEMS微振鏡進(jìn)行諧振；FPGA模塊控制激光器以t_i為出光時(shí)刻點(diǎn)進(jìn)行通斷。

優(yōu)選為，所述激光器為L(zhǎng)D激光器。

優(yōu)選為，所述透鏡為雙面透鏡，其中一面為可以對(duì)入射光束進(jìn)行聚焦和準(zhǔn)直的入射面，另外一面為可將入射的光束發(fā)散成均勻線條的出射面。

一種均勻能量等間距的激光光源結(jié)構(gòu)光控制算法

由于MEMS振鏡和激光器協(xié)同控制過程中，得到的結(jié)構(gòu)光的具有寬度和亮度的不均勻的缺陷，本方法通過建模得到了等間距和等亮度的結(jié)構(gòu)光，克服了這兩個(gè)缺陷，得到均勻能量的等間距結(jié)構(gòu)光。

首先建立MEMS振鏡和激光器的參考模型，α是結(jié)構(gòu)光的最大角度，β_i為第i時(shí)刻出射光線距最大出射光線的角度，l₁和l₂為振鏡轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的兩個(gè)不同位置。N為掃描半周期內(nèi)的明線條或者暗線條的數(shù)量。D為振鏡中心到掃描屏的距離。設(shè)定掃描線數(shù)N＝8192、α＝60°、MEMS振鏡的頻率f＝456Hz，以MEMS振鏡的偏轉(zhuǎn)的最大角度為參考點(diǎn)，求出它所對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡表達(dá)式：

根據(jù)參考模型，推導(dǎo)得到

以此得到所對(duì)應(yīng)時(shí)刻MEMS振鏡的偏轉(zhuǎn)角度；

將得到角度代入下式得到等間距的激光器出光時(shí)刻點(diǎn)，

分析得到結(jié)構(gòu)光亮度最大的時(shí)間間隔的兩個(gè)時(shí)刻點(diǎn)t₈₁₉₂到t₈₁₉₃，用0～255這256個(gè)數(shù)來量化每個(gè)結(jié)構(gòu)光的能量，通過計(jì)算每個(gè)結(jié)構(gòu)光的的時(shí)間間隔，用255來表示最大亮度的結(jié)構(gòu)光，求出最大亮度的時(shí)刻差，進(jìn)行如下運(yùn)算：

Δt_min＝t₈₁₉₂-t₈₁₉₃

Δt_min*255＝ξ(常數(shù)，量化的最大亮度)

求出每個(gè)結(jié)構(gòu)光對(duì)應(yīng)的能量，即可得到均勻亮度的結(jié)構(gòu)光條紋：

P_u(t)＝ξ/Δt_min

用得到的16384根等間距等亮度的結(jié)構(gòu)光來重構(gòu)得到不同的明暗條紋數(shù)，即可得到等間距等亮度的明暗條紋。

通過硬件和軟件實(shí)現(xiàn)得到的等間距等亮度的結(jié)構(gòu)光條紋。

一種3D掃描成像系統(tǒng)，包括由依次排列的激光器、透鏡、振鏡組成的光路，振鏡與振鏡驅(qū)動(dòng)電路模塊連接，激光器與激光器驅(qū)動(dòng)模塊連接，所述振鏡驅(qū)動(dòng)電路模塊與激光器驅(qū)動(dòng)模塊均連接FPGA模塊，F(xiàn)PGA模塊還連接ARM模塊，所述振鏡為MEMS微振鏡；ARM模塊通過激光器光電探測(cè)模塊與激光器連接、通過振鏡光電探測(cè)模塊與振鏡連接；ARM模塊還分別連接圖像上位機(jī)、存儲(chǔ)模塊及左右兩個(gè)CCD攝像機(jī)；

優(yōu)選為，所述透鏡為雙面透鏡，其中一面為可以對(duì)入射光束進(jìn)行聚焦和準(zhǔn)直的入射面，另外一面為可將入射的光束發(fā)散成均勻線條的出射面。

優(yōu)選為，所述激光器為L(zhǎng)D激光器。即半導(dǎo)體激光器。

優(yōu)選為，ARM模塊根據(jù)如下公式獲得所述MEMS微振鏡的最大偏轉(zhuǎn)角度與所述激光器出光時(shí)刻點(diǎn)，

其中，β_i為第i時(shí)刻出射光線距最大出射光線的角度，N為掃描半周期內(nèi)的明線條或者暗線條的數(shù)量；

其中，t_i為激光器的出光時(shí)刻點(diǎn)，f為振鏡頻率，T為振鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)周期；FPGA模塊控制MEMS微振鏡以β_i為諧振角度進(jìn)行諧振；FPGA模塊控制激光器以t_i為出光時(shí)刻點(diǎn)進(jìn)行通斷。

MEMS振鏡驅(qū)動(dòng)模塊包括升壓電路、濾波電路，來得到驅(qū)動(dòng)靜電式MEMS振鏡的電壓，另一方面通過ARM來輸出正弦信號(hào)或者方波信號(hào)來驅(qū)動(dòng)振鏡以諧振頻率振動(dòng)；

MEMS振鏡驅(qū)動(dòng)模塊和LD激光器驅(qū)動(dòng)模塊控制光學(xué)模組產(chǎn)生均勻的散射激光束，經(jīng)過ARM和FPGA的協(xié)同控制得到等間距等亮度的激光光柵；

MEMS振鏡光電探測(cè)器模塊將采集到的信息傳遞給ARM，通過得到的反饋信息來檢測(cè)MEMS振鏡的頻率和相位；LD光電探測(cè)器模塊將采集的反饋信息傳遞給ARM，得到LD激光器的開啟閾值；

等間距等亮度的激光光柵掃描被檢測(cè)到的物體，ARM控制CCD攝像機(jī)模塊以一定的時(shí)間間隔拍攝被物體反射的激光光柵圖像，并將這些圖像傳遞給ARM進(jìn)行緩存處理；

上位機(jī)模塊對(duì)ARM傳遞給的圖像進(jìn)行增強(qiáng)、濾波、處理等，通過標(biāo)定對(duì)比得到物體掃描的三維坐標(biāo)，上位機(jī)對(duì)三維坐標(biāo)進(jìn)行再次處理，這些點(diǎn)云三維數(shù)據(jù)重構(gòu)后得到物體的三維圖像。

3D掃描成像系統(tǒng)的工作過程為：

1、采用高功率的激光器出射激光光束，通過雙面透鏡的一面聚焦和準(zhǔn)值，另一面發(fā)散激光束，散射成均勻的激光線條；

2、振鏡驅(qū)動(dòng)電路模塊控制MEMS振鏡，使之按照一定的軌跡運(yùn)動(dòng)，達(dá)到諧振狀態(tài)；

3、MEMS振鏡光電探測(cè)器模塊對(duì)MEMS振鏡的相位信息進(jìn)行采集，并將采集到的信息傳遞給ARM模塊；LD光電探測(cè)器模塊對(duì)通過LD激光器的電流進(jìn)行采集，并將采集的反饋信息傳遞給ARM模塊，以此控制LD激光器始終工作在閾值電流以上；ARM模塊根據(jù)接收的信息重新計(jì)算出激光器的出光時(shí)刻點(diǎn)，并將該出光時(shí)刻點(diǎn)信息傳遞給FPGA模塊；

4、FPGA模塊根據(jù)ARM模塊傳遞的激光器時(shí)刻點(diǎn)信息，實(shí)時(shí)調(diào)整控制激光器和MEMS振鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)，MEMS振鏡將入射的激光線條輸出為等間距等亮度的結(jié)構(gòu)光；

5、用所述結(jié)構(gòu)光掃描被檢測(cè)物體，CCD攝像機(jī)在ARM模塊的控制下對(duì)被檢測(cè)物體進(jìn)行拍攝，記錄被該物體反射的結(jié)構(gòu)光圖像，并通過圖像存儲(chǔ)模塊將圖像回傳給ARM模塊；

6、ARM模塊將獲取圖像信息傳遞至上位機(jī)，并由上位機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理，通過標(biāo)定對(duì)比得到被檢測(cè)物體掃描的三維坐標(biāo)，上位機(jī)對(duì)三維坐標(biāo)進(jìn)行再次處理，以此得到物體的三維圖像。

其中上位機(jī)選用電腦，在上位機(jī)中，定義一個(gè)無限細(xì)分的二維網(wǎng)格，標(biāo)定每個(gè)交點(diǎn)的坐標(biāo)為(x₀，y₀)，(x₁，y₁)，(x₂，y₂)，(x₃，y₃)，…，(x_n-1，y_n-1)，(x_n，y_n)

通過對(duì)比標(biāo)定好的二維網(wǎng)格坐標(biāo)和一定的算法，計(jì)算得到二維圖像上每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，輸出并存儲(chǔ)每個(gè)點(diǎn)的二維坐標(biāo)值。

通過激光的三角測(cè)距法得到物體上每個(gè)點(diǎn)距CCD攝像機(jī)的距離，上位機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行重組篩選處理得到物體上每個(gè)點(diǎn)的深度坐標(biāo)，同第一步得到的二維坐標(biāo)重組，得到圖像上每個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

將得到的攝像機(jī)坐標(biāo)系的圖像的三維坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到世界坐標(biāo)系下的每個(gè)圖像的三維坐標(biāo)。

將得到的一系列三維坐標(biāo)構(gòu)成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用上位機(jī)軟件算法實(shí)現(xiàn)物體的3D建模，也即：重構(gòu)得到三維的立體的物體形狀。二維圖像轉(zhuǎn)化至三維圖像為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。

本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：使用MEMS微振鏡產(chǎn)生等間距等亮度的掃描機(jī)構(gòu)光。

解決了激光器出射光線在MEMS在偏轉(zhuǎn)過程中得到的機(jī)構(gòu)光條紋寬度和亮度的不均勻的問題，得到了等間距和等亮度的激光結(jié)構(gòu)光。

通過ARM模塊和FPGA模塊協(xié)同MEMS振鏡、LD激光器和CCD攝像機(jī)，一方面降低了運(yùn)行時(shí)對(duì)芯片資源要求，同時(shí)能夠提高運(yùn)算速度和精度，另一方面，上位機(jī)處理圖像處理算法更方便快捷，可視化效果更好。因而，在激光投影、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、結(jié)構(gòu)光掃描、激光雷達(dá)和醫(yī)療顯像與掃描等各種各樣的領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前途。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的MEMS振鏡和激光器的參考建模圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的激光器出光時(shí)刻點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)光間距線圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的等間距結(jié)構(gòu)光所對(duì)應(yīng)的激光器的出光時(shí)刻曲線圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的N＝4時(shí)，等間距結(jié)構(gòu)光所對(duì)應(yīng)的優(yōu)化前后的激光器出光時(shí)刻和對(duì)比曲線。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的N＝8時(shí)，等間距結(jié)構(gòu)光所對(duì)應(yīng)的優(yōu)化前后的激光器出光時(shí)刻和對(duì)比曲線。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例的N＝1024時(shí)，等間距結(jié)構(gòu)光所對(duì)應(yīng)的優(yōu)化前后的激光器出光時(shí)刻和對(duì)比曲線。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例的8個(gè)等間距等亮度條紋。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例的32個(gè)等間距等亮度條紋。

圖9為本發(fā)明實(shí)施例的64個(gè)等間距等亮度條紋。

圖10為本發(fā)明實(shí)施例的128個(gè)等間距等亮度條紋。

圖11為本發(fā)明實(shí)施例的原理框圖。

圖12為本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)流程圖。

圖13為本發(fā)明實(shí)施例的振鏡驅(qū)動(dòng)電路圖。

圖14為本發(fā)明實(shí)施例的電壓變換電路圖一。

圖15為本發(fā)明實(shí)施例的電壓變換電路圖二。

圖16為本發(fā)明實(shí)施例的電壓變換電路圖三。

圖17為本發(fā)明實(shí)施例的電壓變換電路圖四。

圖18為本發(fā)明實(shí)施例的激光器供電電路圖。

圖19為本發(fā)明實(shí)施例的激光器驅(qū)動(dòng)電路圖。

圖20為本發(fā)明實(shí)施例的上位機(jī)標(biāo)定網(wǎng)格示意圖。

圖21為本發(fā)明實(shí)施例的攝像機(jī)坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換圖。

圖22為本發(fā)明實(shí)施例的左側(cè)CCD拍攝到的激光光柵掃描物體示例圖。

圖23為本發(fā)明實(shí)施例的右側(cè)CCD拍攝到的激光光柵掃描物體示例。

圖24為本發(fā)明實(shí)施例的3D重構(gòu)的物體示例圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

參見圖1至圖24，本發(fā)明提供一種激光結(jié)構(gòu)光3D成像方法，包括用于生成結(jié)構(gòu)光的光學(xué)模組、攝像機(jī)、上位機(jī)及硬件控制電路，光學(xué)模組包括由激光器、透鏡、及MEMS微振鏡依次排列組成的光路；硬件控制電路由ARM模塊、FPGA模塊、振鏡驅(qū)動(dòng)電路模塊、激光器驅(qū)動(dòng)模塊、MEMS振鏡光電探測(cè)器模塊及LD光電探測(cè)器模塊組成。包括如下步驟：

步驟一，通過ARM模塊計(jì)算出等間距等亮度激光機(jī)構(gòu)光的激光器的出光時(shí)刻點(diǎn)；

步驟二，ARM模塊將計(jì)算結(jié)果發(fā)送至FPGA模塊，F(xiàn)PGA模塊按照步驟一中的計(jì)算結(jié)果通過激光器驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)激光器進(jìn)行控制、通過振鏡驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)MEMS微振鏡進(jìn)行控制；

步驟三，激光器在FPGA模塊的控制下出射激光光束至透鏡；

步驟四，透鏡將激光器的入射光調(diào)制成散射均勻的激光線條，并入射至MEMS微振鏡；

步驟五，MEMS振鏡光電探測(cè)器模塊對(duì)MEMS振鏡的相位信息進(jìn)行采集，并將采集到的信息傳遞給ARM模塊；LD光電探測(cè)器模塊對(duì)通過LD激光器的電流進(jìn)行采集，并將采集的反饋信息傳遞給ARM模塊，以此控制LD激光器始終工作在閾值電流以上；ARM模塊根據(jù)接收的信息重新計(jì)算出激光器的出光時(shí)刻點(diǎn)，并將該出光時(shí)刻點(diǎn)信息傳遞給FPGA模塊；

步驟六，F(xiàn)PGA模塊根據(jù)ARM模塊傳遞的激光器時(shí)刻點(diǎn)信息，實(shí)時(shí)調(diào)整控制激光器和MEMS振鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)，MEMS振鏡將入射的激光線條輸出為等間距等亮度的結(jié)構(gòu)光；

步驟七，用結(jié)構(gòu)光掃描被檢測(cè)物體，CCD攝像機(jī)在ARM模塊的控制下對(duì)被檢測(cè)物體進(jìn)行拍攝，記錄被該物體反射的結(jié)構(gòu)光圖像，并通過圖像存儲(chǔ)模塊將圖像回傳給ARM模塊；

步驟八，ARM模塊將獲取圖像信息傳遞至上位機(jī)，并由上位機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理，通過標(biāo)定對(duì)比得到被檢測(cè)物體掃描的三維坐標(biāo)，上位機(jī)對(duì)三維坐標(biāo)進(jìn)行再次處理，以此得到物體的三維圖像。

步驟二中，ARM模塊根據(jù)如下公式獲得MEMS微振鏡的最大偏轉(zhuǎn)角度與激光器出光時(shí)刻點(diǎn)，

其中，β_i為第i時(shí)刻出射光線距最大出射光線的角度，N為掃描半周期內(nèi)的明線條或者暗線條的數(shù)量；

其中，t_i為激光器的出光時(shí)刻點(diǎn)，f為振鏡頻率，T為振鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)周期；FPGA模塊控制MEMS微振鏡進(jìn)行諧振；FPGA模塊控制激光器以t_i為出光時(shí)刻點(diǎn)進(jìn)行通斷。

激光器為L(zhǎng)D激光器。

透鏡為雙面透鏡，其中一面為可以對(duì)入射光束進(jìn)行聚焦和準(zhǔn)直的入射面，另外一面為可將入射的光束發(fā)散成均勻線條的出射面。

一種均勻能量等間距的激光光源結(jié)構(gòu)光控制算法

由于MEMS振鏡和激光器協(xié)同控制過程中，得到的結(jié)構(gòu)光的具有寬度和亮度的不均勻的缺陷，本方法通過建模得到了等間距和等亮度的結(jié)構(gòu)光，克服了這兩個(gè)缺陷，得到均勻能量的等間距結(jié)構(gòu)光。

首先建立MEMS振鏡和激光器的參考模型，α是結(jié)構(gòu)光的最大角度，β_i為第i時(shí)刻出射光線距最大出射光線的角度，l₁和l₂為振鏡轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的兩個(gè)不同位置。N為掃描半周期內(nèi)的明線條或者暗線條的數(shù)量。D為振鏡中心到掃描屏的距離。設(shè)定掃描線數(shù)N＝8192、α＝60°、MEMS振鏡的頻率f＝456Hz，以MEMS振鏡的偏轉(zhuǎn)的最大角度為參考點(diǎn)，求出它所對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡表達(dá)式：

根據(jù)參考模型，推導(dǎo)得到

以此得到所對(duì)應(yīng)時(shí)刻MEMS振鏡的偏轉(zhuǎn)角度；

將得到角度代入下式得到等間距的激光器出光時(shí)刻點(diǎn)，

分析得到結(jié)構(gòu)光亮度最大的時(shí)間間隔的兩個(gè)時(shí)刻點(diǎn)t₈₁₉₂到t₈₁₉₃，用0～255這256個(gè)數(shù)來量化每個(gè)結(jié)構(gòu)光的能量，通過計(jì)算每個(gè)結(jié)構(gòu)光的的時(shí)間間隔，用255來表示最大亮度的結(jié)構(gòu)光，求出最大亮度的時(shí)刻差，進(jìn)行如下運(yùn)算：

Δt_min＝t₈₁₉₂-t₈₁₉₃

Δt_min*255＝ξ(常數(shù)，量化的最大亮度)

求出每個(gè)結(jié)構(gòu)光對(duì)應(yīng)的能量，即可得到均勻亮度的結(jié)構(gòu)光條紋：

P_u(t)＝ξ/Δt_min

用得到的16384根等間距等亮度的結(jié)構(gòu)光來重構(gòu)得到不同的明暗條紋數(shù)，即可得到等間距等亮度的明暗條紋。

通過硬件和軟件實(shí)現(xiàn)得到的等間距等亮度的結(jié)構(gòu)光條紋。

一種3D掃描成像系統(tǒng)，包括由依次排列的激光器、透鏡、振鏡組成的光路，振鏡與振鏡驅(qū)動(dòng)電路模塊連接，激光器與激光器驅(qū)動(dòng)模塊連接，振鏡驅(qū)動(dòng)電路模塊與激光器驅(qū)動(dòng)模塊均連接FPGA模塊，F(xiàn)PGA模塊還連接ARM模塊，振鏡為MEMS微振鏡；ARM模塊通過激光器光電探測(cè)模塊與激光器連接、通過振鏡光電探測(cè)模塊與振鏡連接；ARM模塊還分別連接圖像上位機(jī)、存儲(chǔ)模塊及左右兩個(gè)CCD攝像機(jī)；

透鏡為雙面透鏡，其中一面為可以對(duì)入射光束進(jìn)行聚焦和準(zhǔn)直的入射面，另外一面為可將入射的光束發(fā)散成均勻線條的出射面。

激光器為L(zhǎng)D激光器。即半導(dǎo)體激光器。

ARM模塊根據(jù)如下公式獲得MEMS微振鏡的最大偏轉(zhuǎn)角度與激光器出光時(shí)刻點(diǎn)，

其中，β_i為第i時(shí)刻出射光線距最大出射光線的角度，N為掃描半周期內(nèi)的明線條或者暗線條的數(shù)量；

其中，t_i為激光器的出光時(shí)刻點(diǎn)，f為振鏡頻率，T為振鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)周期；FPGA模塊控制MEMS微振鏡以β_i為諧振角度進(jìn)行諧振；FPGA模塊控制激光器以t_i為出光時(shí)刻點(diǎn)進(jìn)行通斷。

MEMS振鏡驅(qū)動(dòng)模塊包括升壓電路、濾波電路，來得到驅(qū)動(dòng)靜電式MEMS振鏡的電壓，另一方面通過ARM來輸出正弦信號(hào)或者方波信號(hào)來驅(qū)動(dòng)振鏡以諧振頻率振動(dòng)；

MEMS振鏡驅(qū)動(dòng)模塊和LD激光器驅(qū)動(dòng)模塊控制光學(xué)模組產(chǎn)生均勻的散射激光束，經(jīng)過ARM和FPGA的協(xié)同控制得到等間距等亮度的激光光柵；

MEMS振鏡光電探測(cè)器模塊將采集到的信息傳遞給ARM，通過得到的反饋信息來檢測(cè)MEMS振鏡的頻率和相位；LD光電探測(cè)器模塊將采集的反饋信息傳遞給ARM，得到LD激光器的開啟閾值；

等間距等亮度的激光光柵掃描被檢測(cè)到的物體，ARM控制CCD攝像機(jī)模塊以一定的時(shí)間間隔拍攝被物體反射的激光光柵圖像，并將這些圖像傳遞給ARM進(jìn)行緩存處理；

上位機(jī)模塊對(duì)ARM傳遞給的圖像進(jìn)行增強(qiáng)、濾波、處理等，通過標(biāo)定對(duì)比得到物體掃描的三維坐標(biāo)，上位機(jī)對(duì)三維坐標(biāo)進(jìn)行再次處理，這些點(diǎn)云三維數(shù)據(jù)重構(gòu)后得到物體的三維圖像。

外圍電路方面不是本發(fā)明的技術(shù)要點(diǎn)，不存在必要的發(fā)明特征，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以用其它相關(guān)電路進(jìn)行替換使用。

MEMS微振鏡，采用靜電式MEMS振鏡，通過振鏡驅(qū)動(dòng)電路模塊驅(qū)動(dòng)振鏡使振鏡達(dá)到諧振狀態(tài)，MEMS振鏡的最大偏轉(zhuǎn)角度為60度。

激光器驅(qū)動(dòng)模塊，通過驅(qū)動(dòng)芯片控制LD激光器的通斷時(shí)間間隔，以及LD激光器的亮度調(diào)制等；激光器控制模塊的主控芯片型號(hào)是MAX3601A。

MEMS振鏡驅(qū)動(dòng)電路模塊，主要包括直流穩(wěn)壓電源、升壓芯片、運(yùn)算放大電路。該模塊用來輸出驅(qū)動(dòng)MEMS振鏡所需要的電壓；MEMS振鏡驅(qū)動(dòng)模塊是以LM2733YML為主控芯片控制的升壓電路

ARM模塊，計(jì)算出等間距等亮度激光機(jī)構(gòu)光的LD激光器的出光時(shí)刻點(diǎn)，傳遞給FPGA來控制激光器和MEMS振鏡的偏轉(zhuǎn)，ARM模塊的主控芯片型號(hào)是STM32F107VCT6。

FPGA模塊，協(xié)同控制MEMS振鏡和LD激光器，伴隨著MEMS振鏡的諧振，使得均勻的激光機(jī)構(gòu)光變成等間距等亮度的激光機(jī)構(gòu)光。FPGA模塊的主芯片XC6SLX45-2CSG32。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。