[發明專利]基于多頻外差的多方向結構光同步掃描成像裝置

有效

• 申請號: 201610099083.3
• 申請日: 2016-02-23
• 公開（公告）號: CN105611109B
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 呂笑宇;張文喜;相里斌;伍洲;孔新新;李楊;劉志剛;郭曉麗
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電研究院
• 主分類號: H04N1/04
• 分類號: H04N1/04;H04N1/047;G02B27/28;G02F2/02;G02B27/09
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;鄭哲

1.一種基于多頻外差的多方向結構光同步掃描成像裝置，其特征在于，包括：激光器、N個分束模塊、N個移頻模塊、多光束擴束及位置調整模塊以及成像及探測處理模塊；其中：

所述激光器，用于輸出偏振相干光；

所述N個分束模塊均與激光器相連，用于對激光器出射光進行分光，獲得N路同偏振態的相干光；

所述N個移頻模塊與N個分束模塊之間一對一與連接，用于分別對應的調制輸入的相干光，且各移頻模塊移頻量互不相等；

所述多光束擴束及位置調整模塊，用于對每一移頻模塊輸出的光束進行擴束處理，并調整N路出射光相對目標成等邊形分布，且確保所有出射光以相同傾斜角度照射到目標上；

所述成像及探測處理模塊，用于將目標和結構光成像到面探測器上，再通過面探測器進行探測，并通過處理計算機處理面探測器探測到的多頻外差信號；

所述通過處理計算機處理面探測器探測到的多頻外差信號包括：

面探測器幀頻設置為多頻外差信號最大外差頻率的兩倍以上，面探測器探測到的多頻外差信號S為一個數據矩陣S[r,c,t_total]，其中，r為探測器行像素數，c為探測器列像素數，t_total為探測圖像總幀數；多方向結構光分別對應不同的外差調制頻率；

對多頻外差信號的各幀圖像分別進行空域二維快速傅里葉變換，獲得各幀圖像的空域頻譜：

F_s＝FFT2(S)；

其中，FFT2表示二維快速傅里葉變換，各幀圖像總的空域頻譜F_s為三維矩陣F_s[r,c,t_total]；

對總的空域頻譜F_s中各像素點對應的時域信號進行時域一維快速傅里葉變換，從而在對應外差頻率處獲得所需方向結構光的空域頻譜：

F_t＝FFT(F_s)；

其中，FFT表示一維快速傅里葉變換，各像素點總的時域頻譜F_t為三維矩陣F_t[r,c,t_total]；

結構光掃描信號為多頻外差、多方向信號，并設置各移頻模塊的移頻量使得所需方向結構光的外差頻率與其他方向結構光不同，以使所需方向結構光調制在不同的外差頻率載波上，從而在F_t中對應外差頻率處獲得所需方向結構光的空域頻譜F_o：

F_o(f_m-f_n)＝F_t[1:r,1:c,(f_m-f_n)]，(1≤m≤N,1≤n≤N)；

將對應不同結構光的空域頻譜F_o(f_m-f_n)(1≤m≤N,1≤n≤N)按照空間分布進行相對移動并拼接得到完整的目標空域頻譜F_all，k₀為波矢量模值；

其中，f_m與f_n分別表示對應第m個與第n個移頻模塊中聲光移頻器的+1移頻光束的移頻量，與分別表示對應第m個與第n個移頻模塊中聲光移頻器的+1移頻光束的光束空間傳播矢量；

對F_all進行二維快速逆傅里葉變換，獲得重建目標O'：

O'＝iFFT2(F_all)；

其中，iFFT2表示二維快速逆傅里葉變換。

2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述分束模塊包括：依次連接的1個半波片與1個偏振分光棱鏡。

3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述移頻模塊包括：依次連接的聲光移頻器、光闌與光纖耦合器；其中：

所述聲光移頻器將入射光進行調制，獲得-1級光、0級光與+1級光；

所述光闌遮擋-1級光與0級光；

所述光纖耦合器將+1級光耦合入光纖。