基于自聚焦透镜的蓝光结构光窄束宽方案实现
发布时间：2021-12-31 21:04
蓝光线结构光由于波长短、能量集中、传输损耗低等优势在三维成像、激光测距等领域有着重要的应用前景。蓝光线结构光系统中通常采用激光器二极管作为光源,其输出的激光发散角一般比较大,同时快轴与慢轴两个方向的发散角不同,因此在其出射的光束通常不能直接使用,利用大数值孔径的自聚焦透镜有着高耦合效率、能量利用率高等优点,可以设计特定自聚焦透镜对激光器二极管的光束进行准直整形。本文针对蓝色单管半导体激光器设计了一套可以产生线结构光的系统,系统主要由三部分组成:单管自聚焦透镜或三自聚焦透镜组用于产生平行或远聚焦光束、柱透镜用于产生线结构光与体布拉格光栅用于减小光束宽度以及滤去杂光。本文对自聚焦透镜的数值孔径、长度等边界条件,体布拉格光栅的波长选择性、角度选择性等参数进行了模拟计算。本文在实验中针对一款快轴半功率角为23°的商用蓝光二极管设计了对应的线结构光系统,最终得到在5.5m处束宽为0.48mm、在5.5±0.5m范围内束宽低于0.60mm的线结构光输出,实验表明系统可以在长距离的一段约0.5m的景深内实现光束宽度更小的结构光束,该方案得到的结果优于传统商用线结构光产品,因此可以为线结构光测量方案的...
【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１接触式扫描坐标测量机??
第一章引言?基于自聚焦透镜的蓝光结构光窄朿宽方案实现??同的，但是不能保证测量的压力是相同的，重复的测量可能会使被测表面产生不同??的形变，引入误差。??非接触式的探测方案相比接触式的探测方案有着很多得天独厚的优势：测量速度??快，曲面数据获取方便；不需要对接触探头做半径补偿；可以测量一些特殊的材料??表面，比如布料，薄件或者其他易变形的工件，因为测量这些材料没有接触点，所??以测量不会伤害到精密表面，现在越来越多的场景转向非接触式的探测方案。??ｄ??Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ?Ｐｌａｎｅ????？Ｔ＿?１??－??——一??ｐ??Ｌ??；，?，：丨《ｔ〇ｒ??图１－２结构光在深度信息探测上的应用??三维表面面型的测量就是非接触式探测方案的？种。如图１－３，用结构光投影模??式照亮任意目标三维表面。得到的结构光图案是在空间变化的多周期光谱，彩色成??像传感器在结构光照明下可以获取目标三维表面的图像。通过探测不同位置的三维??曲面的深度坐标，返回成像传感器计算图片深度信息的变化，同时根据结构光模式??在非相干图像中的变化，与无畸变投影模式的图像相互数据对比，就可以准确计算??出目标表面的三维几何形状。??Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ??ｒ＼）?Ｌｉｇｈｔ?ｂ／Ｃａｍｅｒａ??／?Ｒ?＼?－Ｓ??３Ｄ?Ｏｂｊｅｃｔ?ｉｎ?ｔｈｅ?Ｓｃｅｎｅ??图１－３结构光原理示意图??图１－４展示了一种彩虹３Ｄ相机（Ｒａｉｎｂｏｗ?３Ｄ?ｃａｍｅｒａ）的基本原理，与传统??的立体三维相机不同，这种相机从一对立体图像中提取相应的特征来计算深度值，??２??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]基于普吕克直线的多线结构光视觉传感器标定方法（英文）[J]. 秦贯宇,王向军,阴雷. Journal of Measurement Science and Instrumentation. 2020(02)
[2]基于激光扫描和无人机倾斜摄影的露天采场安全监测应用[J]. 马国超,王立娟,马松,刘欢. 中国安全生产科学技术. 2017(05)
[3]无丝3D打印技术常温构建仿生人工骨支架的研究[J]. 林楷丰,何树,宋岳,王铮,毕龙,裴国献. 中华创伤骨科杂志. 2016 (05)
[4]基于3D结构光传感器的老龄人异常行为检测方法[J]. 罗坚,唐琎,赵鹏,毛芳,汪鹏. 光学技术. 2016(02)
[5]厄米-高斯光束通过圆孔衍射的两种计算方法比较[J]. 杨平,顾菊观,张亚萍,陈小燕,沈曼辰. 物理与工程. 2011(05)
[6]自聚焦透镜耦合激光二极管抽运Nd:YVO4锁模激光器的研究[J]. 张丙元,王国菊,何京良,王文军,高学喜,刘云龙. 光学学报. 2011(07)
[7]半导体激光器单管准直实验研究[J]. 吴芃,刘媛媛,王晓薇,王翠鸾,韩淋,马骁宇,刘素平. 半导体技术. 2009(05)
[8]自聚焦透镜阵列在空间交会对接中的应用[J]. 刘晓军,倪国强,卢欣,王煜,尉志军. 宇航学报. 2006(06)
[9]激光二极管的自聚焦透镜耦合理论与设计[J]. 张彪,陈檬,李港. 激光与红外. 2005(09)
[10]敦煌莫高窟石窟三维数字化技术研究[J]. 刘刚,张俊,刁常宇. 敦煌研究. 2005(04)
博士论文
[1]变折射率介质中的光传输及像质评价[D]. 邓诗涛.浙江大学 2008
硕士论文
[1]大功率半导体激光器光束整形技术研究[D]. 高全华.西安电子科技大学 2005
本文编号：3560971
【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１接触式扫描坐标测量机??
第一章引言?基于自聚焦透镜的蓝光结构光窄朿宽方案实现??同的，但是不能保证测量的压力是相同的，重复的测量可能会使被测表面产生不同??的形变，引入误差。??非接触式的探测方案相比接触式的探测方案有着很多得天独厚的优势：测量速度??快，曲面数据获取方便；不需要对接触探头做半径补偿；可以测量一些特殊的材料??表面，比如布料，薄件或者其他易变形的工件，因为测量这些材料没有接触点，所??以测量不会伤害到精密表面，现在越来越多的场景转向非接触式的探测方案。??ｄ??Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ?Ｐｌａｎｅ????？Ｔ＿?１??－??——一??ｐ??Ｌ??；，?，：丨《ｔ〇ｒ??图１－２结构光在深度信息探测上的应用??三维表面面型的测量就是非接触式探测方案的？种。如图１－３，用结构光投影模??式照亮任意目标三维表面。得到的结构光图案是在空间变化的多周期光谱，彩色成??像传感器在结构光照明下可以获取目标三维表面的图像。通过探测不同位置的三维??曲面的深度坐标，返回成像传感器计算图片深度信息的变化，同时根据结构光模式??在非相干图像中的变化，与无畸变投影模式的图像相互数据对比，就可以准确计算??出目标表面的三维几何形状。??Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ??ｒ＼）?Ｌｉｇｈｔ?ｂ／Ｃａｍｅｒａ??／?Ｒ?＼?－Ｓ??３Ｄ?Ｏｂｊｅｃｔ?ｉｎ?ｔｈｅ?Ｓｃｅｎｅ??图１－３结构光原理示意图??图１－４展示了一种彩虹３Ｄ相机（Ｒａｉｎｂｏｗ?３Ｄ?ｃａｍｅｒａ）的基本原理，与传统??的立体三维相机不同，这种相机从一对立体图像中提取相应的特征来计算深度值，??２??
第一章引言?基于自聚焦透镜的蓝光结构光窄朿宽方案实现??同的，但是不能保证测量的压力是相同的，重复的测量可能会使被测表面产生不同??的形变，引入误差。??非接触式的探测方案相比接触式的探测方案有着很多得天独厚的优势：测量速度??快，曲面数据获取方便；不需要对接触探头做半径补偿；可以测量一些特殊的材料??表面，比如布料，薄件或者其他易变形的工件，因为测量这些材料没有接触点，所??以测量不会伤害到精密表面，现在越来越多的场景转向非接触式的探测方案。??ｄ??Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ?Ｐｌａｎｅ????？Ｔ＿?１??－??——一??ｐ??Ｌ??；，?，：丨《ｔ〇ｒ??图１－２结构光在深度信息探测上的应用??三维表面面型的测量就是非接触式探测方案的？种。如图１－３，用结构光投影模??式照亮任意目标三维表面。得到的结构光图案是在空间变化的多周期光谱，彩色成??像传感器在结构光照明下可以获取目标三维表面的图像。通过探测不同位置的三维??曲面的深度坐标，返回成像传感器计算图片深度信息的变化，同时根据结构光模式??在非相干图像中的变化，与无畸变投影模式的图像相互数据对比，就可以准确计算??出目标表面的三维几何形状。??Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ??ｒ＼）?Ｌｉｇｈｔ?ｂ／Ｃａｍｅｒａ??／?Ｒ?＼?－Ｓ??３Ｄ?Ｏｂｊｅｃｔ?ｉｎ?ｔｈｅ?Ｓｃｅｎｅ??图１－３结构光原理示意图??图１－４展示了一种彩虹３Ｄ相机（Ｒａｉｎｂｏｗ?３Ｄ?ｃａｍｅｒａ）的基本原理，与传统??的立体三维相机不同，这种相机从一对立体图像中提取相应的特征来计算深度值，??２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于普吕克直线的多线结构光视觉传感器标定方法（英文）[J]. 秦贯宇,王向军,阴雷. Journal of Measurement Science and Instrumentation. 2020(02)
[2]基于激光扫描和无人机倾斜摄影的露天采场安全监测应用[J]. 马国超,王立娟,马松,刘欢. 中国安全生产科学技术. 2017(05)
[3]无丝3D打印技术常温构建仿生人工骨支架的研究[J]. 林楷丰,何树,宋岳,王铮,毕龙,裴国献. 中华创伤骨科杂志. 2016 (05)
[4]基于3D结构光传感器的老龄人异常行为检测方法[J]. 罗坚,唐琎,赵鹏,毛芳,汪鹏. 光学技术. 2016(02)
[5]厄米-高斯光束通过圆孔衍射的两种计算方法比较[J]. 杨平,顾菊观,张亚萍,陈小燕,沈曼辰. 物理与工程. 2011(05)
[6]自聚焦透镜耦合激光二极管抽运Nd:YVO4锁模激光器的研究[J]. 张丙元,王国菊,何京良,王文军,高学喜,刘云龙. 光学学报. 2011(07)
[7]半导体激光器单管准直实验研究[J]. 吴芃,刘媛媛,王晓薇,王翠鸾,韩淋,马骁宇,刘素平. 半导体技术. 2009(05)
[8]自聚焦透镜阵列在空间交会对接中的应用[J]. 刘晓军,倪国强,卢欣,王煜,尉志军. 宇航学报. 2006(06)
[9]激光二极管的自聚焦透镜耦合理论与设计[J]. 张彪,陈檬,李港. 激光与红外. 2005(09)
[10]敦煌莫高窟石窟三维数字化技术研究[J]. 刘刚,张俊,刁常宇. 敦煌研究. 2005(04)
博士论文
[1]变折射率介质中的光传输及像质评价[D]. 邓诗涛.浙江大学 2008
硕士论文
[1]大功率半导体激光器光束整形技术研究[D]. 高全华.西安电子科技大学 2005
本文编号：3560971
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