Устройство для увеличения дальности проецирования структурированной подсветки для 3D сканирования Российский патент 2020 года по МПК G01B11/24 

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения, в частности к способам увеличения радиуса действия оптико-электронных проекционных систем для создания структурированной подсветки. Изобретение может быть использовано в системах захвата движения, дальномерах, профилометрах, системах технического зрения, распознавания и в других устройствах с применением структурированной подсветки на основе пространственных шаблонов.

Известен лазерный прибор для проецирования структурированной картины освещения на сцену обеспечивающий возможность повышения яркости и проецируемого шаблона структурированной подсветки, полученного с помощью матриц лазеров VCSEL, что является улучшением одного из устройств для получения структурированной подсветки. Результат достигается применением одного или нескольких оптических элементов, формирующих изображение упомянутых матриц в пространстве формирования изображения и накладывающих изображения матриц в пространстве формирования изображения для формирования проецируемого шаблона. При этом оптический элемент формирования изображения выполнен так, что большинство пятен лучей в проецируемом шаблоне содержит, по меньшей мере, одно соседнее пятно луча, которое исходит от полупроводникового лазера другой матрицы. Это приводит к наложению изображений матриц [Патент РФ №2655475 С2 М. Кл. H01S 5/42, G01B 11/25, от 22.11.2013 г. (прототип)].

Недостатком данного устройства является то, что прибор не решает проблему малой дальности действия структурированной подсветки. Кроме того дальность действия оптико-электронных проекционных систем для структурированной подсветки ограничена мощностью источника излучения и изменением геометрических параметров изображения светового шаблона на объекте с увеличением расстояния.

Технической задачей изобретения является увеличение радиуса действия оптико-электронных проекционных систем для создания структурированной подсветки.

Указанная цель достигается формированием на поверхности контролируемого объекта структурированной подсветки путем освещения поверхности контролируемого объекта пучком оптического излучения, пространственно-модулированного по интенсивности при прохождении через транспарант с изображением виртуального шаблона с изменяемой рабочей площадью, что позволяет регулировать геометрические параметры структуры подсветки, и что в свою очередь, позволяет увеличить дальность действия до пределов, ограниченных только мощностью источника излучения. Геометрические параметры регулируются по изображению шаблона на фотоприемном устройстве.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг. 1 приведена блок-схема устройства проецирования структурированной подсветки для 3D сканирования, на Фиг. 2 показан алгоритм работы вычислительного блока.

Устройство проецирования структурированной подсветки для 3D сканирования содержит источник оптического излучения - 1, формирующую оптическую систему - 2, транспарант - 3 с изображением виртуального шаблона, блок автофокусировки - 4, поверхность контролируемого объекта - 5 (динамический объект), приемную оптическую систему - 6, фотоприемное устройство - 7, вычислительный блок - 8, выходное устройство - 9, на Фиг. 2 показан алгоритм работы вычислительного блока, где показаны: допустимый интервал - 10, эталонный интервал - 11 (команда - произвести сравнение с эталонным шаблоном), несовпадение сигнала с рабочим допустимым интервалом - 12 (команда - произвести сравнение непопадания сигнала в допустимый рабочий интервал), команда-сигнал - 13 (команда - произвести уменьшение рабочей зоны изображения виртуального шаблона), команда-сигнал - 14 (команда - произвести увеличение рабочей зоны изображения виртуального шаблона).

Устройство работает следующим образом.

Оптическое излучение, выходящее из источника - 1, проходит через формирующую оптическую систему - 2, затем через транспарант - 3 с изображением виртуального шаблона. Созданная таким образом структурируемая подсветка проецируется через блок автофокусировки - 4 на поверхность контролируемого объекта - 5 (динамический объект). Рельеф поверхности контролируемого объекта - 5 искажает изображение структурируемой подсветки. Далее изображение шаблона через приемную оптическую систему - 6 попадает в фотоприемное устройство - 7, где регистрируется изображение шаблона и передается сигнал на вход вычислительного блока - 8, который определяет размеры структуры изображения шаблона на фотоприемном устройстве - 7 и сравнивает его с допустимым интервалом.

Если размеры сигнала находятся в допустимом интервале - 10 то сигнал, полученный на фотоприемное устройство - 7 сравнивается с эталонным интервалом - 11 (команда - произвести сравнение с эталонным шаблоном), результаты подаются на выходное устройство - 9, предназначенное для визуализации результатов работы всего устройства проецирования структурированной подсветки для 3D сканирования

При несовпадении сигнала с допустимым рабочим интервалом - 12 на транспарант - 3 с изображением виртуального шаблона и блок автофокусировки - 4 подается команда-сигнал уменьшить - 13 (команда - произвести уменьшение рабочей зоны изображения виртуального шаблона), или команда-сигнал увеличить - 14 (команда - произвести увеличение рабочей зоны изображения виртуального шаблона) рабочую зону.

Цикл повторяется в зависимости от размеров структуры изображения шаблона на фотоприемном устройстве - 7, которые могут быть меньше или больше допустимого рабочего интервала - 12.

Таким образом достигается увеличение радиуса действия оптико-электронных проекционных систем и создается структурированная подсветка, то есть достигается формирование на поверхности контролируемого объекта - 5 структурированной подсветки путем освещения поверхности пучком оптического излучения, пространственно-модулированного по интенсивности при прохождении через транспарант - 3 с изображением виртуального шаблона с изменяемой рабочей площадью, что позволяет регулировать геометрические параметры структуры изображения шаблона подсветки на объекте, и в свою очередь позволяет увеличить дальность действия до пределов, ограниченных только мощностью источника излучения, а геометрические параметры регулируются по изображению шаблона на фотоприемном устройстве - 7.

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения, в частности к способам увеличения радиуса действия оптико-электронных проекционных систем для создания структурированной подсветки. Заявленное устройство для увеличения дальности проецирования структурированной подсветки для 3D сканирования содержит проецируемый шаблон структурированной подсветки, оптические элементы, формирующие изображение в процессе формирования проецируемого шаблона. При этом источник оптического излучения укреплен перед последовательно установленными формирующей изображение оптической системой, транспарантом с виртуальным изображением шаблона, блоком автофокусировки, приемной оптической системой, фотоприемным устройством регистрации изображения шаблона на контролируемом объекте и сравнения допустимого рабочего интервала с эталонным интервалом и передачи сигнала на вход вычислительного блока. Один из выходов вычислительного блока подключен к входу выходного устройства, а другой выход, параллельно, подключен к входам транспаранта и блоку автофокусировки для синхронизации параметров передающей оптической системой, масштаба изображения шаблона в зависимости от изменяющегося расстояния до объекта. Технический результат – увеличение радиуса действия оптико-электронных проекционных систем для создания структурированной подсветки. 2 ил.

Устройство для увеличения дальности проецирования структурированной подсветки для 3D сканирования, включающее проецируемый шаблон структурированной подсветки, оптические элементы, формирующие изображение в процессе формирования проецируемого шаблона, отличающееся тем, что источник оптического излучения укреплен перед последовательно установленными формирующей изображение оптической системой, транспарантом с виртуальным изображением шаблона, блоком автофокусировки, приемной оптической системой, фотоприемным устройством регистрации изображения шаблона на контролируемом объекте и сравнения допустимого рабочего интервала с эталонным интервалом и передачи сигнала на вход вычислительного блока, один из выходов вычислительного блока подключен к входу выходного устройства, а другой выход, параллельно, подключен к входам транспаранта и блоку автофокусировки для синхронизации параметров передающей оптической системой, масштаба изображения шаблона в зависимости от изменяющегося расстояния до объекта.