[發明專利]基于MEMS掃描微鏡的小型化無鏡頭激光三維成像系統及其成像方法

無效

• 申請號: 201110411782.4
• 申請日: 2011-12-12
• 公開（公告）號: CN102508259A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 王煥欽;王瑩;陳然;徐軍;何德勇;趙天鵬;明海
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89;G01S17/36;G01S7/481;G02B26/10
• 代理公司: 合肥天明專利事務所 34115
• 代理人: 奚華保

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技術領域

本發明涉及三維成像技術領域，特別涉及一種基于MEMS掃描微鏡的小型化無鏡頭激光三維成像系統及其成像方法。

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背景技術

與傳統的二維成像技術相比，三維成像技術包含了第三維的距離或深度信息，能夠更加充分地描述真實三維場景中物體的位置和運動信息，因此具有許多突出的優點和廣闊的應用前景；特別是近年來，隨著計算機視覺技術的不斷發展，在目標識別、實物仿形、移動機器人防撞、無人車導航、立體電影、虛擬現實等應用領域對高性能三維成像的需求十分迫切。

基于光學測距的三維成像技術由于方向性好、測量范圍大、分辨率高、無需接觸、抗外界環境干擾強，而逐漸成為國內外的研究熱點，而目前研究的大部分光學三維成像系統均是基于三角法或飛行時間原理來測量距離的。

基于三角法測距的三維成像系統，例如雙目視覺系統和結構光成像系統，需要處理“陰影”效應（Shadow?effects）或投影條紋“模糊”問題（Ambiguity?problems），因此一般只能使用在對比度高的測量場合。與該類成像系統相比，基于飛行時間測距的三維成像系統由于光的發射和接收幾乎在同一條直線上，可以明顯“分辨”各個被測點的信息，因此不會出現三角法測距中存在的?“陰影”或投影“模糊”問題；此外，基于飛行時間測距的三維成像系統還具有原理簡單、測距精度高、無需參考面等優點。

在傳統的基于飛行時間測距的三維成像系統中，最典型的代表是掃描式激光成像雷達，它在單點飛行時間測距的基礎上，通過二維掃描實現整個三維空間的測量，例如美國的HDL-64E掃描激光雷達。這種三維成像技術原理簡單、可探測距離遠、精度高，但是由于使用了精密、笨重且價格昂貴的宏觀機械掃描裝置和光學元件，該類系統一般抗振性能差、體積大、成本高；同時，由于宏觀的機械掃描裝置自身掃描速度慢，在長時間使用過程中存在老化和磨損現象，使用該方法獲得的三維圖像的套準精度低，實時性差，且常常不適用于動態目標或場景的測量；此外，傳統的掃描激光成像雷達獲取的三維圖像往往都是單色的灰度圖像，成像顏色真實感較差。

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發明內容

本發明的目的是針對上述傳統三維成像技術所存在的不足，提供一種基于MEMS掃描微鏡的小型化無鏡頭激光三維成像系統，用于實現實時、高精度和低成本的彩色三維成像，滿足現有諸多領域對高性能三維成像的迫切需求。

本發明解決其技術問題所采取的技術方案是：

一種基于MEMS掃描微鏡的小型化無鏡頭激光三維成像系統，包括激光器組、光電調制電路、分束鏡組、反射鏡組、雙軸MEMS微鏡、微鏡驅動電路、濾光片組、光電接收器組、幅度測量電路組和幅度-距離測量電路；所述光電調制電路與激光器組相連接，所述光電接收器組經幅度測量電路組和幅度-距離測量電路與微控制器相連接，所述微控制器與顯示器交互連接；所述微控制器輸出端與微鏡驅動電路輸入端相連接，并由微鏡驅動電路驅動雙軸MEMS微鏡。