本發(fā)明涉及光源調(diào)節(jié)，尤其涉及一種基于傳感器的光源調(diào)節(jié)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著光學(xué)系統(tǒng)在工業(yè)檢測、自動駕駛、精密測量和科學(xué)研究等領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，光源的精確控制和調(diào)節(jié)已成為實現(xiàn)高精度成像與檢測的重要因素，傳統(tǒng)光源調(diào)節(jié)技術(shù)多依賴于機械調(diào)節(jié)或單一的光強度調(diào)整手段；

2、然而現(xiàn)有的光源調(diào)節(jié)方法在應(yīng)用過程中僅通過圖像傳感器捕捉光源的二維信息，無法準(zhǔn)確識別光源與目標(biāo)檢測點之間的三維關(guān)系，難以實現(xiàn)三維空間的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)和校準(zhǔn)，進而影響光學(xué)系統(tǒng)的精度；此外由于缺乏多層次波前相位分析，導(dǎo)致在高精度場景下難以保證光源的相位一致性，且缺乏對光源波前相位的多層次誤差量化手段，特別是在波前相位調(diào)整過程中，難以做到針對不同空間層次的綜合校正，導(dǎo)致容易出現(xiàn)相位畸變問題，影響成像質(zhì)量和測量精度。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于提供一種基于傳感器的光源調(diào)節(jié)方法及系統(tǒng)，以解決上述問題。

2、本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、一種基于傳感器的光源調(diào)節(jié)方法，包括，

4、采集圖像數(shù)據(jù)建立坐標(biāo)系，構(gòu)建旋轉(zhuǎn)矩陣和位移向量計算幾何誤差值，確定旋轉(zhuǎn)和位移補償參數(shù)；

5、構(gòu)建誤差補償矩陣確定校正坐標(biāo)，使用spad陣列構(gòu)建二維亮度分布圖進行驗證，根據(jù)tof測量的時間差，計算光源到傳感器的z軸深度實現(xiàn)三維校正；

6、基于校正坐標(biāo)分析波前誤差，使用高斯金字塔分解計算不同層的相位偏移差值，進行權(quán)重分配計算綜合相位偏移差值，并轉(zhuǎn)化為波前的偏移角度；

7、基于多軸控制器對光源進行三維校正，并基于波前的偏移角度調(diào)整光源的波前相位，對校正調(diào)節(jié)值進行時間戳標(biāo)記，并進行數(shù)據(jù)備份。

8、作為本發(fā)明所述基于傳感器的光源調(diào)節(jié)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述采集圖像數(shù)據(jù)建立坐標(biāo)系，包括，

9、通過傳感器采集經(jīng)過濾波器透射的光斑圖像數(shù)據(jù)；

10、基于光斑圖像數(shù)據(jù)的光強波動進行穩(wěn)定性校驗，基于歷史數(shù)據(jù)確定波動閾值，若光強波動的變化值超過波動閾值，則判斷為光源波動較大，需對光源進行維護；

11、對光斑圖像數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，包括噪聲消除；

12、基于濾波器、傳感器和光源照射地面分別建立傳感器坐標(biāo)系；

13、濾波器坐標(biāo)系的原點設(shè)置為濾波器中心，且x軸和y軸分別沿濾波器的水平和垂直方向進行設(shè)定；

14、傳感器坐標(biāo)系的原點設(shè)置在傳感器的中心，且x軸和y軸分別沿傳感的水平和垂直方向?qū)R。

15、作為本發(fā)明所述基于傳感器的光源調(diào)節(jié)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述構(gòu)建旋轉(zhuǎn)矩陣和位移向量計算幾何誤差值，確定旋轉(zhuǎn)和位移補償參數(shù)，包括，

16、基于濾波器坐標(biāo)系和傳感器坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)關(guān)系，定義旋轉(zhuǎn)矩陣，表示為：

17、；

18、其中表示旋轉(zhuǎn)矩陣，和分別表示濾波器坐標(biāo)系相對于傳感器坐標(biāo)系的偏移旋轉(zhuǎn)角度的正弦值和余弦值；

19、基于濾波器坐標(biāo)系和傳感器坐標(biāo)系之間的平移關(guān)系，定義位移向量，表示為：

20、；

21、其中表示位移向量，表示濾波器在x軸方向上的偏移量，表示濾波器在y軸方向上的偏移量，u表示轉(zhuǎn)置計算；

22、基于濾波器坐標(biāo)系中的點進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至傳感器坐標(biāo)點，表示為：

23、；

24、；

25、其中表示轉(zhuǎn)換至傳感器坐標(biāo)系中的點坐標(biāo)，表示濾波器坐標(biāo)系中的點坐標(biāo)，和分別表示點的x軸和y軸坐標(biāo)，u表示轉(zhuǎn)置計算；

26、計算濾波器和傳感器坐標(biāo)系間偏差的歐氏距離，表示為：

27、；

28、其中表示第i個采集光斑的坐標(biāo)和理想光斑坐標(biāo)的幾何誤差值，和表示光源光束通過濾波器后在傳感器上被采集的第i個光斑的坐標(biāo)，和表示濾波器和傳感器在理想安裝條件下的第i個光斑位置坐標(biāo)；

29、基于歷史幾何誤差值的均值和標(biāo)準(zhǔn)差的和作為位置偏移閾值，若幾何誤差值大于等于位置偏移閾值，則判斷為偏移較大并進行校準(zhǔn)；

30、統(tǒng)計采集的光斑坐標(biāo)總數(shù)的幾何誤差并基于最小化幾何誤差值作為目標(biāo)函數(shù)；

31、定義濾波器坐標(biāo)系相對于傳感器坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角度和濾波器坐標(biāo)系原點在傳感器坐標(biāo)系中的位移向量作為誤差補償，使用旋轉(zhuǎn)矩陣和位移向量表達(dá)濾波器坐標(biāo)系中的點在傳感器坐標(biāo)系中的位置，通過最小二乘法對目標(biāo)函數(shù)進行迭代優(yōu)化求導(dǎo)，求解最佳的濾波器坐標(biāo)系相對于傳感器坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角度偏移值與x軸和y軸的平移值作為旋轉(zhuǎn)和位移補償參數(shù)。

32、作為本發(fā)明所述基于傳感器的光源調(diào)節(jié)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述構(gòu)建誤差補償矩陣確定校正坐標(biāo)，使用spad陣列構(gòu)建二維亮度分布圖進行驗證，根據(jù)tof測量的時間差，計算光源到傳感器的z軸深度實現(xiàn)三維校正，包括，

33、基于確定的最佳旋轉(zhuǎn)和位移補償參數(shù)重新組成旋轉(zhuǎn)矩陣和位移向量，并組合構(gòu)建誤差補償矩陣，表示為：

34、；

35、其中和分別表示角度的余弦值和正弦值，表示誤差補償矩陣；

36、基于誤差補償矩陣，針對需要校準(zhǔn)并轉(zhuǎn)換至傳感器坐標(biāo)系的點坐標(biāo)進行校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，得到經(jīng)過校準(zhǔn)后的傳感器坐標(biāo)系中的校正坐標(biāo)；

37、使用spad陣列檢測光源反射的光斑并構(gòu)建光斑的二維亮度分布圖，統(tǒng)計傳感器坐標(biāo)系經(jīng)過校準(zhǔn)后的校正坐標(biāo)，計算校正坐標(biāo)系與二維亮度分布圖的平均歐式距離，基于歷史數(shù)據(jù)確定驗證閾值，若平均歐式距離大于等于驗證閾值，則判斷為驗證偏差較大，并重新計算旋轉(zhuǎn)和位移補償參數(shù)；

38、通過tof技術(shù)測量光脈沖從光源發(fā)射的時間和被spad陣列接收到的時間，通過發(fā)射的時間和接收到的時間差，作為光脈沖的飛行時間；

39、根據(jù)tof測量的時間差，計算光源到傳感器的z軸深度，表示為：

40、；

41、其中表示傳感器的z軸深度，c表示光速，表示tof測量的時間差；

42、基于歷史z軸深度數(shù)據(jù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差的和作為深度閾值，若計算的傳感器的z軸深度大于等于深度閾值，則判斷為偏差過大，并針對傳感器進行單獨的機械調(diào)整。

43、作為本發(fā)明所述基于傳感器的光源調(diào)節(jié)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述基于校正坐標(biāo)分析波前誤差，使用高斯金字塔分解計算不同層的相位偏移差值，進行權(quán)重分配計算綜合相位偏移差值，并轉(zhuǎn)化為波前的偏移角度，包括，

44、針對校正坐標(biāo)進一步分析波前誤差，計算傳感器坐標(biāo)系中的校正光斑坐標(biāo)與標(biāo)定的理想光斑坐標(biāo)的歐氏距離作為校正偏移值，將校正偏移值作為第0層，并使用高斯卷積核進行高斯模糊和降采樣處理作為初始誤差圖像，根據(jù)不同尺度的高斯金字塔逐層生成誤差圖像，表示為：

45、；

46、其中表示第k層坐標(biāo)處的平滑圖像，表示高斯卷積核，其中i和j表示卷積核內(nèi)相對于中心位置的偏移值，k表示第k層，表示第k層偏移坐標(biāo)處的誤差值；

47、基于歷史經(jīng)驗確定最低相似分辨率，并根據(jù)構(gòu)建的多分辨率平滑圖像作為高斯金字塔層完成構(gòu)建；

48、基于每個高斯金字塔層平滑圖像對應(yīng)的誤差值進行傅里葉變換獲得頻域矩陣中的相位分布并計算相位分布與理想相位的偏差，確定相位偏移量，表示為：；

49、；

50、其中表示第k層校正坐標(biāo)的波前相位分布信息，和分別表示第k層頻域矩陣通過傅里葉變換得到的虛部頻域矩陣和實部頻域矩陣，表示第k層實際相位與理想相位的相位偏移差值，表示理想相位分布信息；

51、為每個高斯金字塔層的相位偏移差值進行權(quán)重分配，基于總層數(shù)遞減計算每層權(quán)重，并計算綜合相位偏移差值，表示為：

52、；

53、；

54、其中k表示最高層數(shù)，表示整體相位偏移量，表示第k層權(quán)重；

55、將整體相位偏移量轉(zhuǎn)化為波前的偏移角度，表示為：

56、；

57、其中表示最終相位偏移角度，和分別表示坐標(biāo)相對于波前的局部相位偏移方向的正弦和余弦分量。

58、作為本發(fā)明所述基于傳感器的光源調(diào)節(jié)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述基于多軸控制器對光源進行三維校正，并基于波前的偏移角度調(diào)整光源的波前相位，包括，

59、基于多軸控制器根據(jù)誤差補償矩陣得到經(jīng)過校準(zhǔn)后的傳感器坐標(biāo)系中的校正坐標(biāo)，以及基于tof測量的z軸深度構(gòu)建三維調(diào)整值，對光源的投影位置進行精確的校正調(diào)節(jié)；

60、基于最終相位偏移角度進一步調(diào)整光源的波前相位，控制光源的微振動平臺，實時調(diào)節(jié)波前的相位角，使光源輸出的波前與傳感器理想檢測點對齊。

61、作為本發(fā)明所述基于傳感器的光源調(diào)節(jié)方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述對校正調(diào)節(jié)值進行時間戳標(biāo)記，并進行數(shù)據(jù)備份，包括，

62、基于實時調(diào)整的調(diào)節(jié)波前的相位角和光源的投影位置校正調(diào)節(jié)值，進行時間戳標(biāo)記；

63、對時間戳標(biāo)記的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)存儲，通過無線傳輸至云平臺進行數(shù)據(jù)備份，并定期備份數(shù)據(jù)；

64、使用數(shù)據(jù)可視化工具grafana監(jiān)控光源調(diào)整數(shù)據(jù)。

65、本發(fā)明的另外一個目的是提供一種基于傳感器的光源調(diào)節(jié)方法的系統(tǒng)，其包括，

66、圖像采集模塊，采集圖像數(shù)據(jù)，建立濾波器和傳感器的坐標(biāo)系；

67、誤差補償模塊，基于旋轉(zhuǎn)矩陣和位移向量計算幾何誤差，確定濾波器坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)和位移補償參數(shù)；

68、校正驗證模塊，根據(jù)誤差補償矩陣計算傳感器坐標(biāo)系中的校正坐標(biāo)，并使用spad陣列構(gòu)建的二維亮度分布圖對校正結(jié)果進行驗證；

69、三維校正模塊，基于tof測量的時間差計算光源到傳感器的z軸深度，確定光源與傳感器的空間關(guān)系，進行三維校正；

70、相位校正模塊，基于校正坐標(biāo)分析波前誤差，使用高斯金字塔分解計算不同層的相位偏移差值，并進行權(quán)重分配，計算綜合相位偏移差值，轉(zhuǎn)化為波前的偏移角度；

71、校正調(diào)節(jié)模塊，使用多軸控制器對光源進行三維校正，并基于計算得到的波前偏移角度調(diào)整光源的波前相位；

72、數(shù)據(jù)存儲模塊，對校正調(diào)節(jié)值進行時間戳標(biāo)記，將數(shù)據(jù)通過無線傳輸至云平臺進行備份。

73、一種計算機設(shè)備，包括：存儲器和處理器；所述存儲器存儲有計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)上述基于傳感器的光源調(diào)節(jié)方法的步驟。

74、一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述基于傳感器的光源調(diào)節(jié)方法的步驟。

75、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果：

76、1、本發(fā)明通過在濾波器坐標(biāo)系和傳感器坐標(biāo)系之間定義旋轉(zhuǎn)矩陣和位移向量，將濾波器坐標(biāo)系中的點精確映射到傳感器坐標(biāo)系，實現(xiàn)了高精度的空間坐標(biāo)對準(zhǔn)，使用旋轉(zhuǎn)和位移補償參數(shù)進行動態(tài)校準(zhǔn)，利用spad陣列檢測光源反射的光斑，并構(gòu)建光斑的二維亮度分布圖，從而精確捕獲光斑的光強分布，配合tof技術(shù)實時采集的幾何誤差、光斑亮度分布和z軸深度數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對二維和三維對準(zhǔn)誤差進行全方位監(jiān)測和調(diào)整，確保系統(tǒng)在光源方向和位置方面的高精度控制。

77、2、本發(fā)明通過對校正坐標(biāo)進行高斯金字塔處理，在不同分辨率上逐層構(gòu)建誤差圖像，多尺度誤差分析方法能夠捕獲光斑在不同尺度上的誤差特性，使得細(xì)微誤差和大范圍偏移都能被充分識別，確保最終的校準(zhǔn)結(jié)果兼顧了高精度和穩(wěn)定性，通過對多分辨率平滑圖像的誤差值進行傅里葉變換，獲得頻域相位分布信息，從而能夠提取波前在各點的相位偏移。