一种激光频闪差分三维传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种激光频闪差分三维传感器，该传感器包括激光光源、图像采集与处理单元、光线过滤单元及频闪控制器，频闪控制器分别与激光光源、图像采集与处理单元电连接，光线过滤单元设置在图像采集与处理单元前端。与现有技术相比，本实用新型专利技术能够以一定的频率节拍，发射主动激光线，并配合合适的频率采集反射图像，临时存储后，对数字图像做差分处理从而实现消去背景、改善光条图像质量的目的，进而实现在复杂背景和光照变化较大的室内外场景中，进行三维测量与重建的目的，可用于室外集装箱码垛引导等工业和日常应用中。

【技术实现步骤摘要】
一种激光频闪差分三维传感器
本技术属于基于视觉的三维传感器
，涉及一种激光频闪差分三维传感器。
技术介绍
随着工业测量领域的不断扩展以及对测量精度和测量速度的不断提高，传统的接触式测量已经无法满足工业界的需求。非接触测量由于其良好的精确性和实时性，已经成为测量领域的热点。同时，由于电子学和光学技术的飞速发展，光电检测已经成为非接触测量的一种主要方法。激光三角法是光电检测技术的一种，由于该方法具有结构简单、测试速度快、实时处理能力强、使用灵活方便等优点，在工业中的长度、距离以及三维形貌等检测中有着广泛的应用。在激光三角法中，由光源发出的一束激光照射在待测物体平面上，通过反射最后在检测器上成像。当物体表面的位置发生改变时，其所成的像在检测器上也发生相应的位移，即发生像移。通过像移和实际位移之间的关系式，可以由对像移的检测和计算得到真实的物体位移。传统的基于激光三角法的三维传感器中，检测器往往使用灵敏的光学传感元件，在复杂的光照和背景下，不仅会检测到激光器反射回来的光条图像，也会获得大量无关信息。这些无关信息会干扰最终检测的精度和稳定性，所以这类三维传感器一般只能在光照相对稳定的厂房环境中使用，而室外环境受制约很大，使用相当受限。典型室外应用的比如港口集装箱自动抓取和码垛时，如果采用传统的基于激光三角法的传感器，因其受强阳光和集装箱颜色图案的影响会比较大，而难以正常工作。
技术实现思路
本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种集成度高、使用便捷、可以在户外复杂光照和复杂背景条件下使用的激光频闪差分三维传感器。本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种激光频闪差分三维传感器，该传感器包括激光光源、图像采集与处理单元、光线过滤单元及频闪控制器，所述的频闪控制器分别与激光光源、图像采集与处理单元电连接，所述的光线过滤单元设置在图像采集与处理单元前端。频闪控制器能够以一定节拍输出控制脉冲，用适当节奏的脉冲向激光光源、图像采集与处理单元发送信号，实现激光光条频闪拍摄，并实现差分滤除背景的目的。进一步地，所述的激光光源为线激光发射器。线激光发射器能够发射线结构光。进一步地，所述的线激光发射器为耐高温线激光发射器。耐高温线激光发射器最高可在70℃的温度下工作而不会停止工作或发生永久性损伤，从而满足户外全天候使用的要求。进一步地，所述的图像采集与处理单元为智能相机。智能相机同时具有图像采集与图像处理功能，智能相机采集的图像能够直接在智能相机中被分析处理，并输出差分后的光条图像，无须经过图像采集卡传输到计算机中计算。进一步地，所述的光线过滤单元包括设置在智能相机前端的滤光器。进一步地，所述的光线过滤单元还包括设置在智能相机前端的镜头。镜头及滤光器安装在智能相机前端，能最大程度过滤非激光光源等其它光源干扰，减少处理的难度。本技术中，频闪控制器内部有满足一定频率的两路脉冲控制信号，交替触发线激光发射器发射激光以及智能相机拍照，以便能够在很短的时间内接连采集到两张背景相同但激光光条交替出现的图片，经智能相机差分处理后即可消去背景影响。智能相机内嵌多种处理算法，可自动得到差分后无背景干扰的光条图片，并根据外界需求输入的不同，计算光条长度或者寻找光条跳变的位置，从而应用于不同的集装箱码垛与抓取需求。本技术在用于集装箱码垛修正和引导抓取时，激光光源和智能相机的图像采集经过标定，通过处理图像能够得到焊缝轮廓信息，进而定量计算出一个方向上，传感器中心相对所要堆放或者抓取的集装箱侧边缘位置，且检测稳定性可以不受集装箱颜色大小以及环境光照的影响。与现有技术相比，本技术具有以下特点：1)本技术能够以一定的频率节拍，发射主动激光线，并配合合适的频率采集反射图像，临时存储后，对数字图像做差分处理从而实现消去背景、改善光条图像质量的目的，进而实现在复杂背景和光照变化较大的室内外场景中，进行三维测量与重建的目的，可用于室外集装箱码垛引导等工业和日常应用中；2)增设频闪控制器，能够在很短的时间内接连采集到两张背景相同但激光光条交替出现的图片，以便智能相机差分处理后消去背景和光照带来的不利影响；3)选用集成了图像采集和图像处理功能的智能相机，无须外接计算机或工控机等处理器，使传感装置精巧便携。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为实施例2中激光频闪差分三维传感器的工作状态示意图；图3为实施例2中频闪控制器的控制脉冲图，其中，3a为激光光源控制脉冲，3b为智能相机控制脉冲；图4为实施例2中激光频闪差分三维传感器的激光图像(4a)及普通线激光三维传感器的激光图像(4b)对比图；图中标记说明：1—图像采集与处理单元、2—光线过滤单元、3—激光光源、4—频闪控制器、5—龙门吊。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术进行详细说明。本实施例以本技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1：如图1所示的一种激光频闪差分三维传感器，包括激光光源3、图像采集与处理单元1、光线过滤单元2及频闪控制器4，频闪控制器4分别与激光光源3、图像采集与处理单元1电连接，光线过滤单元2设置在图像采集与处理单元1前端。其中，激光光源3为线激光发射器，该线激光发射器为耐高温线激光发射器。图像采集与处理单元1为智能相机。光线过滤单元2包括设置在智能相机前端的滤光器以及设置在智能相机前端的镜头。实施例2：将实施例1中的激光频闪差分三维传感器用于码头自动化集装箱的抓取和码垛引导中。如图2所示，在龙门吊5的四个角位置处各设置一个激光频闪差分三维传感器，图2中显示的是截面状态图。在码垛时，左侧的传感器检测吊具有没有太靠右侧，而右侧的传感器检测吊具有没有太靠左侧。图3是频闪控制器的控制脉冲图。传感器的工作过程为：标定传感器在码垛正中时，采集到的光条长度；实际使用时，激光光源3发出的光，经透镜形成平面光幕，并在被测物上形成一条轮廓线，CCD收集被测物体反射回来的光，形成的图像经过处理分析，和之前标定的光条长度进行对比，当龙门吊5位置太靠左时，右侧传感器采集到的光条会形成台阶，台阶长度和靠左偏移的距离成比例；相应地，如果龙门吊5位置太靠右，左侧传感器也会发生相应变化。综合各个传感器的信息，可以实时引导龙门吊5，进行正确地码垛作业。由于采用了智能相机，采集、缓存、处理都在智能相机内部完成。图4中为本实施例中激光频闪差分三维传感器的激光图像(4a)与普通线激光三维传感器的激光图像(4b)对比图，可以看出，激光频闪差分三维传感器能够对数字图像做差分处理从而实现消去背景、改善光条图像质量的目的。上述的对实施例的描述是为便于该
的普通技术人员能理解和使用技术。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本技术不限于上述实施例，本领域技术人员根据本技术的揭示，不脱离本技术范畴所做出的改进和修改都应该在本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光频闪差分三维传感器，其特征在于，该传感器包括激光光源(3)、图像采集与处理单元(1)、光线过滤单元(2)及频闪控制器(4)，所述的频闪控制器(4)分别与激光光源(3)、图像采集与处理单元(1)电连接，所述的光线过滤单元(2)设置在图像采集与处理单元(1)前端。

【技术特征摘要】
1.一种激光频闪差分三维传感器，其特征在于，该传感器包括激光光源(3)、图像采集与处理单元(1)、光线过滤单元(2)及频闪控制器(4)，所述的频闪控制器(4)分别与激光光源(3)、图像采集与处理单元(1)电连接，所述的光线过滤单元(2)设置在图像采集与处理单元(1)前端。2.根据权利要求1所述的一种激光频闪差分三维传感器，其特征在于，所述的激光光源(3)为线激光发射器。3.根据权利要求2所述的一种激光频闪差...

【专利技术属性】
技术研发人员：张韶越，何志成，张宾，陈曾沁，裘泽峰，尚继辉，满启鹏，
申请(专利权)人：航天智造上海科技有限责任公司，
类型：新型
国别省市：上海,31