[發明專利]基于等高信息稀疏測量的三維成像裝置及方法

有效

• 申請號: 201210395483.0
• 申請日: 2012-10-17
• 公開（公告）號: CN102865833A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 何偉基;馮維一;陳錢;顧國華;張聞文;錢惟賢;隋修寶;于雪蓮;路東明
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

技術領域

本發明屬于光學三維成像技術，特別是一種基于等高信息稀疏測量的三維成像裝置及方法。

背景技術

基于三維信息的目標探測技術，依賴于待測目標的距離信息，而非目標/背景間的對比度，是提高目標探測效率的重要技術途徑，在目標匹配、制導、水下反潛與掃雷、地質勘探等領域具有重要的應用價值。快速、精確的光學三維成像技術得到了研究人員的廣泛關注和重視。

在光學三維成像領域，已報道的光學三維成像方法可以分為兩類，即：(1)基于圖像測量的方式，如：結構光投影成像、干涉測量等；(2)基于時間測量的方式，如距離選通三維成像、激光線同步掃描成像、條紋管三維成像、直接三維成像激光雷達等。基于圖像測量方式的光學三維成像技術，通過分析發射光學信號與待測目標相互作用形成的圖像畸變實現三維測量，其精度受限于發射光學信號與自然雜散光的能量比，應用領域主要集中在實驗或室內環境。基于時間測量方式的光學三維成像技術是重點發展領域。其中距離選通三維成像方法的測量精度與距離選通門控時間成反比，使得完整的三維成像需要進行多幀掃描，降低了測量速率。激光線同步掃描成像采用點云掃描測量的方式，通過時間差測量手段，逐點對待測目標的距離進行測量，是目前應用最廣泛、最為成熟的光學三維成像技術，但是需要進行掃描，限制了成像幀頻。此外，還有直接三維成像激光雷達和微透鏡陣列的3D相機，這些在成像速率上具有明顯的優勢，但成像過程中存在信號串擾、成像分辨率低等缺陷，無法滿足目標匹配、制導、水下反潛與掃雷、地質勘探等實際應用的需求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可以實現快速且寬視場的光學三維成像裝置及其方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于等高信息稀疏測量的三維成像裝置，包括鎖模激光器、第一帶通濾色片、激光擴束鏡、液晶空間光調制器、成像物鏡、第二帶通濾色片、聚焦透鏡、高速光電二極管、數據采集模塊和計算機。在發送端上，鎖模激光器輸出端的中心軸線上依次放置激光擴束鏡、液晶空間光調制器和成像物鏡，所有的光學中心吻合，第一帶通濾色片放置在鎖模激光器和激光擴束鏡的輸入負透鏡之間，激光擴束鏡與鎖模激光器輸出端的距離為激光擴束鏡輸入負透鏡的一倍焦距，激光擴束鏡的輸出正透鏡一側放置液晶空間光調制器，兩者之間的距離調節至激光光束經擴束后在液晶空間光調制器上形成的光斑大于液晶空間光調制器調制面的1.2~1.3倍，成像物鏡與液晶空間光調制器的距離為成像物鏡的焦距。成像物鏡與聚焦透鏡的光軸相交，待測目標放置于聚焦透鏡與成像物鏡的光軸的交點，且聚焦透鏡和成像物鏡相對于待測目標并排放置，兩者位置相鄰，在聚焦透鏡的前端（指經待測目標反射回的信號光輸入到聚焦透鏡的一端）放置第二帶通濾色片，高速光電二極管放置在聚焦透鏡的后焦面上，聚焦透鏡光學中心與高速光電二極管的感光面的光學中心吻合，高速光電二極管的感光面與聚焦透鏡的距離為聚焦透鏡的焦距，高速光電二極管的信號輸出端通過同軸電纜與高速數據采集模塊的模擬輸入端連接，數據采集模塊的輸出端與計算機網絡端口連接，上傳數據采集結果；數據采集模塊的第一同步輸出端口通過同軸電纜與鎖模激光器的同步輸入端口連接；數據采集模塊的第二同步輸入端口通過同軸電纜與液晶空間光調制器的同步輸入端口連接。