[發明專利]基于光場成像的水下激光同步掃描三角測距成像系統和方法

在審

• 申請號: 201710152249.8
• 申請日: 2017-03-15
• 公開（公告）號: CN107063117A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 屠大維;李晨;張旭
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙)31205
• 代理人: 陸聰明

1.一種基于光場成像的水下激光同步掃描三角測距成像系統，其特征在于，包括激光器（1）、雙面反射振鏡（2）、第一反射鏡（3）、第二反射鏡（4）、擺鏡（5）、被測物體（6）、光場相機（7）；所述第一反射鏡（3）和第二反射鏡（4）關于雙面反射振鏡（2）左右對稱分布，所述激光器（1）置于雙面反射振鏡（2）的前方，所述光場相機（7）置于雙面反射振鏡（2）的后方，所述擺鏡（5）置于激光器（1）的前方，被測物體（6）的后方。

2.根據權利要求1所述的基于光場成像的水下激光同步掃描三角測距成像系統，其特征在于，所述光場相機（7）包括主透鏡（8）和空間復用光場傳感器，所述空間復用光場傳感器包括微透鏡陣列（9）和圖像傳感器（10）；所述主透鏡（8）位于光場相機（7）的前方，其后依次布置微透鏡陣列（9）和圖像傳感器（10）。

3.一種基于光場成像的水下激光同步掃描三角測距成像方法，使用如權利要求1或2所述的基于光場成像的水下激光同步掃描三角測距成像系統，其特征在于，具體步驟如下：

1）同步掃描成像光路，具體為：激光器（1）發出的激光，通過雙面反射振鏡（2）、第一反射鏡（3）、擺鏡（5）的反射，投射到被測物體（6）表面上某一點，并發生漫反射，部分反射光經過擺鏡（5）、第二反射鏡（4）、雙面反射振鏡（2），由光場相機（7）的主透鏡（8）接收匯聚，再經微透鏡陣列（9），最終到達圖像傳感器（10）的光敏面上，成為一個光斑圖像；

2）光場記錄成像，具體為：微透鏡陣列（9）和圖像傳感器（10）構成空間復用光場傳感器，記錄四維光場中每一條光線的位置和方向信息（u,v,s,t），其中微透鏡陣列（9）上的坐標（u,v）表示位置，圖像傳感器（10）上的坐標（s,t）表示方向；

3）斷層掃描圖像重聚焦，具體為：圖像傳感器（10）記錄的圖像包含四維光場信息，通過空域光場變換技術來實現對不同深度場景的斷層掃描重聚焦，獲得物方場景不同深度的重聚焦切片圖像；

4）激光光斑圖像的確定，具體為：空域光場變換參數與物體斷層深度信息具有對應性，因此通過聚焦形貌恢復方法對場景不同深度重聚焦圖片序列進行處理，獲得場景在空域光場變換參數域下的斷層深度信息，物體表面激光光斑圖像就是斷層深度信息中遠極點深度層所對應的重聚焦圖像，此遠極點也就是激光光斑圖像的位置坐標；

5）物體表面三維成像，具體為：從光場記錄中提取被測物體（6）上激光投射點的反射光斑圖像位置值后，依據三角關系，計算得到被測物體（6）上激光投射點的三維坐標值；雙面反射振鏡（2）的連續振動和擺鏡（5）的連續擺動，在被測物體（6）表面形成光柵掃描軌跡，通過獲得每個點的三維坐標值，實現對整個被測物體（6）表面的三維成像。