本发明专利技术双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正方法属于光学共焦显微技术领域和光学精密测量领域。针对扫描振镜在测量过程中出现的位置误差给测量信号带来随机误差的问题，本发明专利技术公开了一种双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正方法，通过设计两路探测光路分别对标准样品与待测样品同时进行共焦扫描测量，样品经过一次形变后，再次对两样品进行测量，通过将两次对标准样品的测量信号相减便可以得到扫描振镜带来的误差信号，将两次对标准样品的测量信号进行亚像素匹配便可以得到每一点的位置偏差，利用该位置偏差信号对二维扫描振镜位置误差进行补偿。
【技术实现步骤摘要】
双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正装置和方法
本专利技术双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正装置和方法属于光学共焦显微
和光学精密测量领域。
技术介绍
双目立体视觉是机器视觉的一种重要形式，它是基于视差原理并利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点间的位置偏差，来获取物体三维几何信息的方法。双目立体视觉测量方法具有效率高、精度合适、系统结构简单、成本低等优点，其在移动机器人的自主导航系统，航空及遥感测量，工业自动化系统等领域都有重要应用。激光共焦扫描技术无论在工业测量领域还是在高尖端测量领域都有着十分广泛的应用，激光共焦扫描技术有着非接触测量，轴向分辨力高，扫描速度快等特点。在激光共焦扫描显微技术中，通常使用二维振镜扫描，利用安装在2个互相垂直伺服转机上的平面反射镜绕互成角度，围绕转轴转动，使扫描光束按照一定角度和速度向x、y轴2个方向扫描，实现目标空间平面扫描的扫描方式。然而在实际测量过程中，二维振镜每次测量存在着随机误差，因此，为提高样品测量精度，需要对此误差进行矫正。
技术实现思路
在光学共焦显微
和光学精密测量领域中，针对扫描振镜在测量过程中出现的位置误差给测量信号带来随机误差的问题，本专利技术公开了一种双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正方法，通过设计两路探测光路分别对标准样品与待测样品进行共焦扫描测量，样品经过一次形变后，再次对两样品进行测量，将两次对标准样品的测量信号进行亚像素匹配便可以得到每一点的位置偏差，利用该位置偏差信号对二维扫描振镜位置误差进行补偿，进而可抑制系统的随机误差，进而提高信噪比，对双目立体视觉技术与共焦显微测量技术的发展都有推动作用。本专利技术的目的是这样实现的：一种双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正装置，包括：由待测样品、摄影镜头、场镜一、物镜一、二向色镜一、1/4玻片、管镜、场镜二、扫描透镜、二维扫描振镜、二向色镜二、PBS一、激光器一、聚焦透镜一、针孔一、PMT探测器一、激光器二、PMT探测器二、针孔二、聚焦透镜二、PBS二、标准样品和物镜二组成的测量光路，所述物镜一焦点与场镜一光心重合。所述管镜焦点、扫描透镜焦点和场镜二光心重合。所述激光器一发出波长633nm红色激光，激光器二发出532nm波长绿色激光，二向色镜一与二向色镜二对红色激光几乎完全透过，对绿色激光几乎完全反射。激光器一发出633nm红色激光后经PBS一反射并完全透过二向色镜二，经二维扫描振镜反射与扫描透镜聚焦于场镜二光心位置，光线被管镜扩束后经过1/4玻片，再通过二向色镜一，经物镜一聚焦于场镜一光心位置，光束通过摄影镜头聚焦于待测样品表面，经待测样品反射后原路返回通过PBS一和聚焦透镜一通过针孔一被PMT探测器一接收。激光器二发出波长532nm绿色激光，经PBS二并被二向色镜二完全反射，光线经二维扫描振镜反射与扫描透镜聚焦于场镜光心位置，再被管镜扩束后经过1/4玻片，再被二向色镜一完全反射，光束经物镜二聚焦至标准样品表面并经其反射后原路返回至PBS二，光束完全透过后经聚焦透镜二聚焦，通过针孔二后被PMT探测器二接收。一种在上述双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正装置上实现的扫描振镜位置误差矫正方法，包括以下步骤：步骤a、开启激光器一与激光器二，控制二维扫描振镜，使两路激光在待测样品和标准样品表面偏转，分别完成对待测样品及标准样品的扫描，相应的PMT探测器一和PMT探测器二得到两个探测信号I11和I12；步骤b、给待测样品表面一个形变，再次开启激光器一与激光器二，控制二维扫描振镜，使两路激光在待测样品和标准样品表面偏转，分别完成对待测样品及标准样品的扫描，相应的PMT探测器一和PMT探测器二得到两个探测信号I21和I22；步骤c、将PMT探测器二对标准样品的两次测量信号进行亚像素匹配，可以得到由扫描振镜在两次测量过程中带来的随机误差信号Iδ；步骤d、为了得到待测样品的形变量，需将随机误差信号补偿到PMT探测器一对待测样品的两次测量中，即计算出实际的两次测量的每一个像素点的移动步长。有益效果：本专利技术实现了基于双目共焦立体视觉扫描装置的扫描振镜位置误差矫正，具体体现在以下方面：第一、本专利技术通过独特的光路设计，设置两路测量光路分别对待测样品与标准样品进行测量，通过对标准样品的两次测量信号作差可以得到扫描振镜两次测量过程中的位置误差信号；第二、本专利技术通过对待测样品形变前后的两次测量，计算其信号差值可得到由样品形变带来的信号变化，再减去误差信号可实现扫描振镜位置误差的实时矫正。附图说明图1是本专利技术双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正装置的结构示意图。图中：1待测样品、2摄影镜头、3场镜一、4物镜一、5二向色镜一、61/4玻片、7管镜、8场镜二、9扫描透镜、10二维扫描振镜、11二向色镜二、12PBS一、13激光器一、14聚焦透镜一、15针孔一、16PMT探测器一、17激光器二、18PMT探测器二、19针孔二、20聚焦透镜二、21PBS二、22标准样品和23物镜二。具体实施例下面结合附图对本专利技术具体实施例做进一步详细描述。具体实施例一本实施例是对待测样品形变量进行的一次扫描振镜位置误差矫正的测量，本实例的双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正装置结构示意图如图1所示。该装置包括1待测样品、2摄影镜头、3场镜一、4物镜一、5二向色镜一、61/4玻片、7管镜、8场镜二、9扫描透镜、10二维扫描振镜、11二向色镜二、12PBS一、13激光器一、14聚焦透镜一、15针孔一、16PMT探测器一、17激光器二、18PMT探测器二、19针孔二、20聚焦透镜二、21PBS二、22标准样品和23物镜二。所述物镜二23与物镜一4完全相同，聚焦透镜二20与聚焦透镜一14完全相同，所述物镜一4焦点与场镜3光心重合，所述管镜7焦点、扫描透镜9焦点和场镜二8光心重合，所述激光器一13发出波长633nm红色激光，激光器二17发出532nm波长绿色激光，二向色镜一5与二向色镜二11对红色激光完全透过，对绿色激光完全反射，激光器一13发出633nm红色激光后经PBS一12反射并完全透过二向色镜二11，经二维扫描振镜10反射与扫描透镜9聚焦于场镜8光心位置，光线被管镜7扩束后经过1/4玻片6，再通过二向色镜一5经物镜一4聚焦于场镜3光心位置，光束通过摄影镜头2聚焦于待测样品1表面，经待测样品1反射后原路返回通过PBS一12和聚焦透镜一14通过针孔一15被PMT探测器一16接收，激光器二17发出波长532nm绿色激光，经PBS二21并被二向色镜二11完全反射，光线经二维扫描振镜10反射与扫描透镜9聚焦于场镜8光心位置，再被管镜7扩束后经过1/4玻片6，再被二向色镜一5完全反射，光束经物镜二23聚焦至标准样品22表面并经其反射后原路返回至PBS二21，光束完全透过后经聚焦透镜二20聚焦，通过针孔二19后被PMT探测器二18接收。步骤a、开启激光器一13与激光器二17，控制二维扫描振镜10，使两路激光在待测样品22和标准样品1表面偏转，分别完成对待测样品1及标准样品22的扫描，相应的PMT探测器一16和PMT探测器二18得到两个探测信号I11和I12；步骤b、给待测样品22表面一个形变，再次开启激光器一13与激光器本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正装置，其特征在于，包括：由待测样品(1)、摄影镜头(2)、场镜一(3)、物镜一(4)、二向色镜一(5)、1/4玻片(6)、管镜(7)、场镜二(8)、扫描透镜(9)、二维扫描振镜(10)、二向色镜二(11)、PBS一(12)、激光器一(13)、聚焦透镜一(14)、针孔一(15)、PMT探测器一(16)、激光器二(17)、PMT探测器二(18)、针孔二(19)、聚焦透镜二(20)、PBS二(21)、标准样品(22)和物镜二(23)组成的测量光路，所述物镜二(23)与物镜一(4)完全相同，聚焦透镜二(20)与聚焦透镜一(14)完全相同，所述物镜一(4)焦点与场镜(3)光心重合，所述管镜(7)焦点、扫描透镜(9)焦点和场镜二(8)光心重合，所述激光器一(13)发出波长633nm红色激光，激光器二(17)发出532nm波长绿色激光，二向色镜一(5)与二向色镜二(11)对红色激光完全透过，对绿色激光完全反射，激光器一(13)发出633nm红色激光后经PBS一(12)反射并完全透过二向色镜二(11)，经二维扫描振镜(10)反射与扫描透镜(9)聚焦于场镜(8)光心位置，光线被管镜(7)扩束后经过1/4玻片(6)，再通过二向色镜一(5)经物镜一(4)聚焦于场镜(3)光心位置，光束通过摄影镜头(2)聚焦于待测样品(1)表面，经待测样品(1)反射后原路返回通过PBS一(12)和聚焦透镜一(14)通过针孔一(15)被PMT探测器一(16)接收，激光器二(17)发出波长532nm绿色激光，经PBS二(21)并被二向色镜二(11)完全反射，光线经二维扫描振镜(10)反射与扫描透镜(9)聚焦于场镜(8)光心位置，再被管镜(7)扩束后经过1/4玻片(6)，再被二向色镜一(5)完全反射，光束经物镜二(23)聚焦至标准样品(22)表面并经其反射后原路返回至PBS二(21)，光束完全透过后经聚焦透镜二(20)聚焦，通过针孔二(19)后被PMT探测器二(18)接收。...
【技术特征摘要】
1.一种双目共焦立体视觉扫描振镜位置误差矫正装置，其特征在于，包括：由待测样品(1)、摄影镜头(2)、场镜一(3)、物镜一(4)、二向色镜一(5)、1/4玻片(6)、管镜(7)、场镜二(8)、扫描透镜(9)、二维扫描振镜(10)、二向色镜二(11)、PBS一(12)、激光器一(13)、聚焦透镜一(14)、针孔一(15)、PMT探测器一(16)、激光器二(17)、PMT探测器二(18)、针孔二(19)、聚焦透镜二(20)、PBS二(21)、标准样品(22)和物镜二(23)组成的测量光路，所述物镜二(23)与物镜一(4)完全相同，聚焦透镜二(20)与聚焦透镜一(14)完全相同，所述物镜一(4)焦点与场镜(3)光心重合，所述管镜(7)焦点、扫描透镜(9)焦点和场镜二(8)光心重合，所述激光器一(13)发出波长633nm红色激光，激光器二(17)发出532nm波长绿色激光，二向色镜一(5)与二向色镜二(11)对红色激光完全透过，对绿色激光完全反射，激光器一(13)发出633nm红色激光后经PBS一(12)反射并完全透过二向色镜二(11)，经二维扫描振镜(10)反射与扫描透镜(9)聚焦于场镜(8)光心位置，光线被管镜(7)扩束后经过1/4玻片(6)，再通过二向色镜一(5)经物镜一(4)聚焦于场镜(3)光心位置，光束通过摄影镜头(2)聚焦于待测样品(1)表面，经待测样品(1)反射后原路返回通过PBS一(12)和聚焦透镜一(14)通过针孔一(15)被PMT探测器一(16)接收，激光器二(17)发出波长532nm绿色激光，经PBS二(21)并被二向色镜二(11)完全...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘俭，李勇，王伟波，刘辰光，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23
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