CN112584053A - 一种双目视觉激光发射***及方法 - Google Patents

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唐晟
王安敏
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Abstract

本发明公开了一种双目视觉激光发射***，包括激光光源模块、激光发射镜头模块、双目视觉模块、全景三维云台和计算模块。所述激光发射镜头与激光器连接，可变换焦距，用于调整激光发射光束的状态；所述双目视觉***包括第一成像单元、第二成像单元，用于拍摄目标所在视场的图像，获得目标的距离和方位信息；全景三维云台，用于安装激光发射镜头模块和双目视觉模块，并调整双目视觉激光发射***相对目标的位置，保证图像信息采集完整及激光发射准确；计算模块，用于根据第一视场和第二视场中目标成像位置的距离和角度差，计算真实空间与激光发射镜头的距离和方位，计算后向全景三维云台和激光发射镜头模块发送指令，完成精确地目标打击。

Description

一种双目视觉激光发射***及方法
技术领域
本发明涉及激光发射领域，更具体地，涉及一种双目视觉激光发射***及方法。
背景技术
在工业生产、安防保障和科研中经常会出现一些障碍物，这些障碍物的出现常常影响生产生活，造成极大的不良隐患。而且位置特殊，具有一定的危险性，在驱离或清除过程中无法保证人员安全及有效的清理，所以需要提供一个能远距离自动识别并清除目标物的激光发射***。
传统的技术方案是使用同轴瞄准发射功能，控制器屏幕具备瞄准十字架，瞄准***和发射***共光路。在此方案中，瞄准需要通过人工操作完成，并且成像光路和激光光路采用共光路结构，采用二向色镜进行合成，对波长有一定的限制性。由于共光路的原因，在主激光发射时，能量远大于相机能接受的范围，控制器屏幕经常会出现过曝光，无法清晰观测目标情况，并且由于二向色镜的使用，该***无法简单的进行功率提升，对于核心的二向色镜要求较高，而且二向色镜的调试安装非常复杂。
发明内容
本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种双目视觉激光发射***及方法。
根据本发明的一个方面，提供一种双目视觉激光发射***，包括：激光光源模块、激光发射镜头模块、双目视觉模块、全景三维云台和计算模块。所述激光发射镜头与激光器连接，可以变换焦距，用于调整激光发射光束的状态；所述双目视觉***包括第一成像单元、第二成像单元，用于拍摄目标所在视场的图像，获得目标的距离和方位信息；全景三维云台，用于安装激光发射镜头模块和双目视觉模块，并调整双目视觉激光发射***相对目标的位置，保证图像信息采集完整及激光发射准确；计算模块，用于根据第一视场和第二视场上目标成像位置的距离和角度差，计算目标在真实空间与激光发射镜头的距离和方位，计算后后向全景三维云台和激光发射镜头模块发送指令，完成精确地目标打击。
优选地，所述激光发射镜头模块与激光光源模块连接，可以变换焦距，用于调整激光发射光束的状态，所述变换焦距通过内置运动机构调整各镜片间的相对位置完成，所述运动机构可以是电动结构或气动结构等，所述出射激光的光束包括发散光束、准直光束、聚焦光束，所述激光发射镜头中包含发射镜片，所述发射镜片镀增透膜，增透膜的波长范围可以根据需要设计为任意波长。
优选地，所述激光光源模块包括半导体激光器、固体激光器、光纤激光器。
优选地，所述双目视觉模块包括第一成像单元、第二成像单元，用于拍摄目标所在视场的图像，获得目标的距离和方位信息。所述第一成像单元具体包括第一视觉相机、第一成像镜头和第一视场，所述第二成像单元具体包括第二视觉相机、第二成像镜头和第二视场，所述第一成像单元与所述第二成像单元隔开，安装时成一定夹角，使两个成像单元的视场重叠；所述第一成像单元，用于采集记录目标成像于第一视场上所在的位置信息，并对第二成像单元获得目标成像于第二视场上所在的位置信息进行比较；
优选地，所述成一定夹角，角度在0°到180度范围内。
优选地，所述视场重叠，可为完全重叠或部分重叠。
优选地，所述全景三维云台用于安装激光发射镜头模块和双目视觉模块，并调整双目视觉激光发射***相对目标的位置，保证图像信息采集完整及激光发射准确；所述激光发射镜头模块和双目视觉模块安装位置固定，可将第一成像单元和第二成像单元安装在激光发射镜头模块两侧，也可安装在激光发射镜头模块同侧。
优选地，所述计算模块，用于根据第一视场和第二视场上目标成像位置的距离和角度差，计算目标在真实空间与激光发射镜头的距离和方位，计算后后向全景三维云台和激光发射镜头模块发送指令，完成精确地目标打击。
根据本发明的另一个方面，提供一种双目视觉激光发射方法，包括：通过所述双目视觉模块根据所述第一成像单元和第二成像单元拍摄目标，获得目标成像在所述第一视场和第二视场上的位置信息，通过所述计算模块根据第一视场和第二视场上目标成像位置的距离和角度差，计算目标在真实空间与激光发射镜头模块的距离和方位；通过所述计算模块向所述全景三维云台发送运动指令，使所述激光发射镜头模块对准目标，实现自动瞄准发射。
附图说明
图1为本发明实施例一种双目视觉激光发射***的方案示意图。
图2为本发明实施例一种双目视觉模块的光路示意图。
图3为本发明实施例一种双目视觉激光发射***的目标获取示意图。
图4为本发明实施例一种双目视觉激光发射***的目标打击示意图。
图5为本发明实施例一种双目视觉激光发射***的立体示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1显示了一种双目视觉激光发射***的方案示意图，该***包括激光光源模块1、激光发射镜头模块2、双目视觉模块3、全景三维云台4和计算模块5。所述激光发射镜头模块2与激光光源模块1连接，可以变换焦距，用于调整激光发射光束的状态；所述双目视觉模块3包括第一成像单元、第二成像单元，用于拍摄目标所在视场的图像，获得目标的距离和方位信息；全景三维云台4，用于安装激光发射镜头双目视觉***并调整双目视觉激光发射***相对目标的位置，保证图像信息采集完整及激光发射准确；计算模块5，用于根据第一视场和第二视场上目标成像位置的距离和角度差，计算目标在真实位置与激光发射镜头模块2的距离和方位，计算后向全景三维云台4发送运动指令，使激光发射镜头模块2对准目标发射激光。
激光发射镜头模块2包含成像单元21和运动机构22，运动机构22与计算模块5连接，可通过电信号控制运动机构22，使运动机构22调整成像单元21，保证激光发射镜头模块2可将出射光束调整成汇聚光束、准直光束、发散光束。
如图2所示的双目视觉模块的光路示意图，其中双目视觉模块3包括第一成像单元31、第二成像单元32，其中第一成像单元31具体包括第一视觉相机311、第一成像镜头312和第一视场313，所述第二成像单元32具体包括第二视觉相机321、第二成像镜头322和第二视场323。第第一成像单元31和第二成像单元32分别和计算模块5连接。
如图2所示在目标拍摄过程中，双目视觉模块3基于视差原理利用通过第一视觉相机311、第一成像镜头312、第二视觉相机321、第二成像镜头322分别拍摄目标A(x,y,z)所在视场的图像，其中第一视场313和第二视场323从不同的位置获取被测物体的两幅图像，经第一视觉相机311记录视觉相机像面上的相应点A1(x1,y1,z1)和第二视觉相机321记录视觉相机像面上的相应点A2(x2,y2,z2)，，传输到计算模块5，通过计算第一成像单元31的对应点(x1,y1,z1)和、第二成像单元32对应点(x2,y2,z2)的关系，求得空间点目标A离相机的距离（深度）z，来获取待测目标点的三维坐标。
需要说明的是，全景三维云台4可以安装在发射镜头模块2和双目视觉模块3下方，也可以单独安装在发射镜头模块2下方，以适应实际使用环境下的***结构和实现瞄准效果为准。
如图3所示激光发射镜头模块2和双目视觉模块3安装在全景三维云台4上，安装时保证发射镜头模块2和双目视觉模块3处于同一平面，第一成像单元31和第二成像单元32可安装在发射镜头模块2的同侧或分别安装在两侧，互相之间间距固定，第一成像单元31和第二成像单元32安装时所在光轴可在30°到180°之间，只要保证两个视场不被遮挡即可；当一种双目视觉激光发射***工作时，全景三维云台4进行360°水平转动，当目标物出现在第一视场313和第二视场323中，对应的第一视觉相机311和第二视觉相机321拍摄图像，并将图像数据传输到计算模块5中，计算目标距离激光发射镜头模块2的距离和方位差，向全景三维云台4发送俯仰旋转指令，如图4所示全景三维云台4在接收到俯仰水平的转动角度后进行运动，保证激光发射镜头模块2对准目标物体，同时通过计算模块5计算得到的距离信息，对激光发射镜头模块2中的运动机构进行控制，调整镜头出射光束形态，保证激光束高能准确的打击到目标物体。
需要说明的是，所谓间距固定是根据发射镜头模块2和双目视觉模块3安装后的位置进行标定，确定发射镜头模块2和双目视觉模块3相对的原点坐标，如调整间距，需要重新标定。
本发明利用双目视觉的视差，由三角法原理获得两视觉相机公共视场内目标物体的三维坐标，实现了通过视觉***和三维云台***即可完成激光器对准目标打击的目的，解除了对距离信息的获取还需要额外的测距模块的限制，极大的减少了***的组成单元，提高***稳定性；利用视觉模块和激光发射模块各自独立的结构，可以实现两***模块可以同时工作，相互之间制约影响小，从而提升***的空间布局自由度，使打击的方向、姿势、角度更灵活，而无需使用二向色镜进行光束合成；同时利用对距离信息实时高精度测量，可实现灵活准确调整发射光束的发射形态，保证激光打击质量，同时独立的发射模块设计，无需考虑其他成像单元，可快速更换不同波长和不同功率的激光光源，提升了发射***的适配性，同时减少了发射光对光学***的影响。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，并且在应用上可以延伸到其他的修改、变化、应用和实施例，同时认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和范围内。

Claims (9)

1.一种双目视觉激光发射***，其特征在于，包括激光光源模块、激光发射镜头模块、双目视觉模块、全景三维云台和计算模块；所述激光发射镜头与激光器连接，可以变换焦距，用于调整激光发射光束的状态；所述双目视觉***包括第一成像单元、第二成像单元，用于拍摄目标所在视场的图像，获得目标的距离和方位信息；全景三维云台，用于安装激光发射镜头模块和双目视觉模块，并调整双目视觉激光发射***相对目标的位置，保证图像信息采集完整及激光发射准确；计算模块，用于根据第一视场和第二视场上目标成像位置的距离和角度差，计算目标在真实空间与激光发射镜头的距离和方位，计算后向全景三维云台和激光发射镜头模块发送指令，完成精确地目标打击。
2.根据权利要求1所述的一种双目视觉激光发射***，其特征在于，所述激光发射镜头模块与激光光源模块连接，可以变换焦距，用于调整激光发射光束的状态，所述变换焦距通过内置运动机构调整各镜片间的相对位置完成，所述运动机构可以是电动结构或气动结构等，所述出射激光的光束包括发散光束、准直光束、聚焦光束，所述激光发射镜头中包含发射镜片，所述发射镜片镀增透膜，增透膜的波长范围可以根据需要设计为任意波长。
3.根据权利要求1所述的一种双目视觉激光发射***，其特征在于，所述激光光源模块包括半导体激光器、固体激光器、光纤激光器。
4.根据权利要求1所述的一种双目视觉激光发射***，其特征在于，所述双目视觉模块包括第一成像单元、第二成像单元，用于拍摄目标所在视场的图像，获得目标的距离和方位信息；所述第一成像单元具体包括第一视觉相机、第一成像镜头和第一视场，所述第二成像单元具体包括第二视觉相机、第二成像镜头和第二视场，所述第一成像单元与所述第二成像单元隔开，安装时成一定夹角，使两个成像单元的视场重叠；所述第一成像单元，用于采集记录目标成像于第一视场上所在的位置信息，并对第二成像单元获得目标成像于第二视场上所在的位置信息进行比较。
5.根据权利要求3所述***，其特征在于，所述成一定夹角，角度在0°到180度范围内。
6.根据权利要求3所述***，其特征在于，所述视场重叠，可为完全重叠或部分重叠。
7.根据权利要求1所述的一种双目视觉激光发射***及方法，其特征在于，所述全景三维云台用于安装激光发射镜头模块和双目视觉模块，并调整双目视觉激光发射***相对目标的位置，保证图像信息采集完整及激光发射准确；所述激光发射镜头模块和双目视觉模块安装位置固定，可将第一成像单元和第二成像单元安装在激光发射镜头模块两侧，也可安装在激光发射镜头模块同侧。
8.根据权利要求1所述的一种双目视觉激光发射***及方法，其特征在于，所述计算模块，用于根据第一视场和第二视场上目标成像位置的距离和角度差，计算目标在真实空间与激光发射镜头的距离和方位，计算后向全景三维云台和激光发射镜头模块发送指令，完成精确地目标打击。
9.一种权利要求1-8任一所述一种双目视觉激光发射***的激光发射方法，其特征在于，通过所述双目视觉模块根据所述第一成像单元和第二成像单元拍摄目标，获得目标成像在所述第一视场和第二视场上的位置信息，通过所述计算模块根据第一视场和第二视场上目标成像位置的距离和角度差，计算目标在真实空间与激光发射镜头模块的距离和方位；通过所述计算模块向所述全景三维云台发送运动指令，使所述激光发射镜头模块对准目标，实现自动瞄准发射。
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