一种基于数字锁相环的结构光投影扫描方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于数字锁相环的结构光投影扫描方法，包括FPGA控制模块控制MEMS微镜通过自检模式自动匹配谐振频率，并通过振镜驱动电路驱动MEMS微镜至谐振状态；MEMS微镜输出正弦反馈信号；正弦反馈信号经比较器整形为方波信号，发送给数字锁相环电路；数字锁相环电路产生基准信号；将基准信号调制成任意周期的正弦畸变序列；FPGA控制模块开启激光器，激光器对正弦畸变序列均匀化处理后，出射光束通过整形透镜到达谐振运动的MEMS微镜上，反射投影出结构光；本发明专利技术基于锁相环原理的激光器出射光束与微镜扭转轨迹，实时动态同步，保证了光栅条纹等周期，动态调整相位，投影清晰稳定等亮度等周期的结构光光栅。定等亮度等周期的结构光光栅。定等亮度等周期的结构光光栅。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字锁相环的结构光投影扫描方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种基于数字锁相环的结构光投影扫描方法及系统，属于条纹结构光扫描3D成像领域。

技术介绍

[0002]随着人工智能的发展，3D测量在工业检测、人机交互、生物识别等领域潜在巨大的应用空间，通常采用主动测量技术，即向被测物体投射经过调制的结构光，供后端摄像头获取物体表面的轮廓信息。由于激光单色性、方向性和相干性好，3D扫描通常用激光扫描来实现。
[0003]当前正弦条纹结构光生成技术仍然存在很大的改进和发展空间，首先因为不同的MEMS微镜谐振频率不同，即便同一批次生产的微镜谐振频率也会有的差别，在生产测试的过程中，需针对每一颗MEMS微镜，手动设置谐振频率；其次经过调制的激光光束，投射到高速振动的MEMS微镜上反射出去，如何让出射光束与微镜的运动轨迹同步，也是一个难题，传统的方式是设置一个对齐参数，通过摄像头观察扫描出的光栅条纹，手动调节该参数，以求达到散射出去的条纹空间周期相同，同时需要将谐振频率及对齐参数写入到外置存储器中保存，这需要依赖生产调试人员，大大降低了生产本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字锁相环的结构光投影扫描方法，其特征在于：包括如下步骤，FPGA控制模块控制MEMS微镜通过自检模式自动匹配谐振频率，通过谐振频率追踪调节驱动MEMS微镜信号的频率产生稳定正弦信号，并通过振镜驱动电路驱动MEMS微镜至谐振状态；MEMS微镜在正弦信号作用下做谐振运动，实时输出与正弦信号同频不同相的正弦反馈信号；正弦反馈信号经比较器整形为方波信号，发送给FPGA控制模块内部的数字锁相环电路；数字锁相环电路根据输入的方波信号，产生在频率和相位上与方波信号同步的基准信号；将所述基准信号经过软件控制，调制成任意周期的正弦畸变序列；FPGA控制模块将产生的正弦畸变序列通过激光器驱动电路产生电流信号，开启激光器，激光器对正弦畸变序列均匀化处理后，出射光束通过整形透镜到达谐振运动的MEMS微镜上，反射投影出结构光。2.如权利要求1所述的一种基于数字锁相环的结构光投影扫描方法，其特征在于：FPGA控制模块控制MEMS微镜通过自检模式自动匹配谐振频率包括如下步骤，设定MEMS微镜固有频率范围，每次上电时，遍历该频率范围，通过ADC芯片采样MEMS微镜压阻的反馈信号，实时监测MEMS微镜振幅，得到MEMS微镜的固有频率；存储得到MEMS微镜的固有频率，作为基准频率；MEMS微镜处于谐振状态时，质点位移的相位与驱动信号的相位差为固定值A，若MEMS微镜的固有频率发生变化，则根据受迫振动的数学分析，得到受迫振动的频率与驱动信号频率相同，其中，驱动信号频率记为f，MEMS微镜的固有频率记为，受迫振动质点的位移相位与驱动信号相位差记为θ；当f<时，
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A<θ<0，质点位移的相位落后驱动信号的相位；当f=时，θ=
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A，质点位移的相位落后驱动信号的相位A；当f>时，
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π<θ<
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A，质点位移的相位超前驱动信号的相位；根据上述不同情况，MEMS微镜每振动到平衡位置时，比较器输出发生翻转产生方波信号，反馈信号处理模块检测方波信号上升沿产生脉冲信号，频率追踪模块根据脉冲信号，判断相位差并实时调整驱动信号频率，使MEMS微镜工作在谐振频率上。3.如权利要求1所述的一种基于数字锁相环的结构光投影扫描方法，其特征在于：所述FPGA控制模块内部通过DDS信号发生器产生驱动MEMS微镜的离散正弦信号，并输出给MEMS微镜驱动电路产生正弦电压信号，从而驱动MEMS微镜周期性振动。4.如权利要求3所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彩俊，刘欣，
申请(专利权)人：中科融合感知智能研究院苏州工业园区有限公司，
类型：发明
国别省市：