[發(fā)明專利]一種基于TOF的三維成像系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910968380.0
• 申請(qǐng)日: 2019-10-12
• 公開（公告）號(hào): CN110609299B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 萬云武;賈仁耀;石江濤;陳曉東;黃守強(qiáng);葉松
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥泰禾智能科技集團(tuán)股份有限公司
• 主分類號(hào): G01S17/894
• 分類號(hào): G01S17/894;G01S17/06;G01S17/08;G01S7/495
• 代理公司: 北京和信華成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

本發(fā)明公開了一種基于TOF的三維成像系統(tǒng)，包括激光發(fā)射模塊、感光傳感器、ARM處理器模塊、FPGA處理模塊、存儲(chǔ)器模塊、千兆網(wǎng)口、顯示模塊和溫度傳感器；本發(fā)明通過發(fā)射主動(dòng)光源發(fā)射一束紅外光，光信號(hào)在沿傳播方向傳播遇到障礙物反射回來并通過鏡頭接收，并濾除環(huán)境光的影響，感光器通過接收回光量來感知目標(biāo)的位置以及距離。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)十米以內(nèi)目標(biāo)的三維成像，并且能夠?qū)崿F(xiàn)較高的測(cè)量精度；而且本發(fā)明具有較遠(yuǎn)的測(cè)量范圍，在確保測(cè)量精度的同時(shí)能夠適應(yīng)一定的環(huán)境光影響，而且能夠獲得較高的幀率；本發(fā)明簡(jiǎn)單有效，且易于實(shí)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于三維成像以及激光雷達(dá)領(lǐng)域，涉及三維成像技術(shù)，具體是一種基于TOF的三維成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)

三維圖像不僅能夠獲取平面圖像信息而且能夠獲取深度信息，具有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。常用的三維圖像成像方法包括雙目和結(jié)構(gòu)光方案。該方案可以獲取較高的分辨率和測(cè)量精度，但是測(cè)量距離較短，而且受到環(huán)境光的影響較大。現(xiàn)有的基于TOF的三維圖像成像方法具有復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)和補(bǔ)償過程，計(jì)算復(fù)雜，難以獲得較高的幀率，而且容易受到背景光的影響。基于機(jī)械掃描式的激光雷達(dá)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)又非常復(fù)雜。

為了解決上述缺陷，現(xiàn)提供一種解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于TOF的三維成像系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于TOF的三維成像系統(tǒng)，包括激光發(fā)射模塊、感光傳感器、ARM處理器模塊、FPGA處理模塊、存儲(chǔ)器模塊、千兆網(wǎng)口、顯示模塊和溫度傳感器；

其中，激光發(fā)射模塊、存儲(chǔ)器模塊、FPGA處理器模塊、千兆網(wǎng)口分別與ARM處理器模塊連接；千兆網(wǎng)口與顯示模塊連接，激光發(fā)射模塊與溫度傳感器連接，感光傳感器與FPGA處理模塊連接；

所述ARM處理器模塊控制激光發(fā)射模塊發(fā)射光信號(hào)，光信號(hào)為940nm的窄帶激光，光信號(hào)經(jīng)過12MHZ的正弦信號(hào)調(diào)試得到調(diào)制光信號(hào)，在光源的發(fā)射端采用擴(kuò)散片將能量集中的激光擴(kuò)散從而增加激光的發(fā)散角度；激光發(fā)射模塊將調(diào)制光信號(hào)發(fā)射到目標(biāo)，經(jīng)過目標(biāo)反射到感光傳感器；

所述感光傳感器接收目標(biāo)反射回來的調(diào)制光信號(hào)；所述感光傳感器在接收到的調(diào)制光信號(hào)之前會(huì)經(jīng)過一個(gè)窄帶濾光片，濾除除940nm之外的其他波段的光，這樣使得感光傳感器只響應(yīng)940nm波長(zhǎng)的光，得到濾光信號(hào)；

感光傳感器將接收到的濾光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電子數(shù)量，并以電壓的形式記錄電子數(shù)量得到電壓信號(hào)，在感光傳感器內(nèi)部經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸給FPGA處理模塊；且每個(gè)像素點(diǎn)通過四次曝光時(shí)間分別計(jì)算四次積累的電子數(shù)量S，每次曝光時(shí)間相差90°相位；

FPGA處理模塊還用于通過每個(gè)像素所積累的電子數(shù)量計(jì)算發(fā)射光與反射光之間的相位差，并對(duì)相位差進(jìn)行分析得到深度信息D和強(qiáng)度信息I；

所述FPGA處理模塊將計(jì)算得到的深度信息D和強(qiáng)度信息I存放到存儲(chǔ)器模塊中，并對(duì)測(cè)量到的深度信息進(jìn)行校準(zhǔn)；

具體校準(zhǔn)方法為：在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的校準(zhǔn)裝置中找到各個(gè)不同的距離對(duì)應(yīng)的積累電子的數(shù)量形成一張表，最后的校準(zhǔn)過程就是通過查表來確定測(cè)量的實(shí)際距離；將校準(zhǔn)后的深度信息和強(qiáng)度信息通過千兆網(wǎng)接口傳輸給顯示模塊；

所述顯示模塊用于顯示測(cè)試出來的校準(zhǔn)后的深度信息和強(qiáng)度信息，借助距離圖像、強(qiáng)度圖像和點(diǎn)云圖像表示。

進(jìn)一步地，所述擴(kuò)散片為60°*45°的擴(kuò)散片。

進(jìn)一步地，所述FPGA處理模塊計(jì)算相位差并對(duì)相位差分析得到深度信息D和強(qiáng)度信息I的具體方法為：

步驟一：將經(jīng)過一個(gè)周期四次曝光，分別得到四次曝光所獲取的電子量并將其依次標(biāo)記為S0′，S1′，S2′，S3′；