[發(fā)明專(zhuān)利]三維成像系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010630512.1
• 申請(qǐng)日: 2020-07-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113884019A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜德濤;陳如新
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 睿鏃科技（北京）有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01B11/24
• 分類(lèi)號(hào): G01B11/24;G02F1/03;G02F1/11;G02F1/13
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11204
• 代理人: 王達(dá)佐;王艷春

本申請(qǐng)公開(kāi)了一種三維成像系統(tǒng)，包括：光學(xué)發(fā)射器，向目標(biāo)場(chǎng)景發(fā)射光脈沖；光學(xué)調(diào)制器，對(duì)至少一部分從光學(xué)發(fā)射器發(fā)射的光脈沖和/或從目標(biāo)場(chǎng)景返回的光脈沖的光學(xué)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)制；光學(xué)元件陣列，接收經(jīng)調(diào)制的返回部分，其中，至少在光脈沖發(fā)射前的第一預(yù)設(shè)時(shí)間范圍內(nèi)和/或光脈沖發(fā)射后的第二預(yù)設(shè)時(shí)間范圍內(nèi)，光學(xué)元件陣列具有傳輸至少三個(gè)彼此不同光學(xué)狀態(tài)的光的功能；光電探測(cè)器，包括成像透鏡，接收通過(guò)光學(xué)元件陣列的光信號(hào)，并將所接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；以及控制器，控制器通過(guò)電路向光學(xué)調(diào)制器施加控制，光學(xué)調(diào)制器基于控制將光脈沖的光學(xué)狀態(tài)調(diào)制為時(shí)間的函數(shù)，并且控制器基于電信號(hào)和所施加的控制計(jì)算距離和/或相對(duì)光強(qiáng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及光學(xué)成像領(lǐng)域，尤其涉及用于捕獲三維信息的三維成像系統(tǒng)及相關(guān)方法。

背景技術(shù)

在一些傳統(tǒng)的三維成像系統(tǒng)中，通過(guò)用激光脈沖照射對(duì)象，并且使用克爾盒或泡克爾斯盒來(lái)將從對(duì)象反射的激光脈沖的偏振狀態(tài)改變?yōu)闀r(shí)間的函數(shù)，以獲得目標(biāo)對(duì)象的三維坐標(biāo)。結(jié)果，由目標(biāo)對(duì)象的更接近成像系統(tǒng)的特征(具有較短的飛行時(shí)間)反射的激光脈沖的各部分的偏振狀態(tài)受影響程度較小，而由目標(biāo)對(duì)象的更遠(yuǎn)離成像系統(tǒng)的特征(具有較長(zhǎng)的飛行時(shí)間)反射的激光脈沖的各部分的偏振狀態(tài)受影響程度較大。通過(guò)將偏振調(diào)制的激光束的兩個(gè)偏振分量成像在兩個(gè)分開(kāi)的焦平面陣列上，可以計(jì)算關(guān)于目標(biāo)對(duì)象的位置信息。

但是，上述方法需要將在兩個(gè)焦平面上獲取的圖像進(jìn)行標(biāo)定、對(duì)齊，容易引入誤差。此外，上述方法為了將偏振態(tài)分離，增加了許多附加的光學(xué)器件，從而導(dǎo)致光學(xué)設(shè)計(jì)更加復(fù)雜，并使得成本增加且系統(tǒng)尺寸和重量也增加。

現(xiàn)有的一些解決方案中，可以基于光信號(hào)的偏振態(tài)來(lái)確定飛行時(shí)間，其所采取的方式通常為：在電光調(diào)制器之前和之后各設(shè)置一個(gè)線偏振片，隨著電光調(diào)制器對(duì)光信號(hào)的偏振方向的調(diào)制，檢測(cè)通過(guò)兩個(gè)線偏振片的光信號(hào)的強(qiáng)度，其中，設(shè)置在電光調(diào)制器之前的線偏振片和設(shè)置在電光調(diào)制器之后的線偏振片的偏振方向不平行。然而，由于設(shè)置在電光調(diào)制器之前和之后的線偏振片，使得來(lái)自目標(biāo)場(chǎng)景的光信號(hào)的能量被大幅度減弱且通光量較低，由此造成測(cè)量精度較低，或者對(duì)成像芯片要求較為苛刻。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)?zhí)岢龅娜S成像系統(tǒng)以及使用三維成像系統(tǒng)測(cè)量的方法，可解決或部分解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。

根據(jù)本申請(qǐng)第一方面的三維成像系統(tǒng)可包括：光學(xué)發(fā)射器，向目標(biāo)場(chǎng)景發(fā)射光脈沖，所述目標(biāo)場(chǎng)景返回所述光脈沖中的至少一部分光脈沖。三維成像系統(tǒng)還可包括：光學(xué)調(diào)制器，對(duì)至少一部分從所述光學(xué)發(fā)射器發(fā)射的光脈沖和/或從所述目標(biāo)場(chǎng)景返回的光脈沖的光學(xué)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)制；光學(xué)元件陣列，接收經(jīng)調(diào)制的至少一部分光脈沖，其中，至少在光脈沖發(fā)射前的第一預(yù)設(shè)時(shí)間范圍內(nèi)和/或光脈沖發(fā)射后的第二預(yù)設(shè)時(shí)間范圍內(nèi)，所述光學(xué)元件陣列具有傳輸至少三個(gè)彼此不同光學(xué)狀態(tài)的光的功能，所述光學(xué)狀態(tài)可包括但不限于偏振狀態(tài)、透射率、反射率；光電探測(cè)器，包括成像透鏡，接收通過(guò)所述光學(xué)元件陣列的光信號(hào)，并將所接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；以及控制器，所述控制器通過(guò)電路向所述光學(xué)調(diào)制器施加控制，所述光學(xué)調(diào)制器基于所述控制將從所述光學(xué)發(fā)射器發(fā)射的光脈沖和/或從所述目標(biāo)場(chǎng)景返回的至少一部分光脈沖的光學(xué)狀態(tài)調(diào)制為時(shí)間的函數(shù)，并且所述控制器基于來(lái)自所述光電探測(cè)器的所述電信號(hào)以及施加到所述光學(xué)調(diào)制器的所述控制計(jì)算所述目標(biāo)場(chǎng)景中各像素點(diǎn)和所述光學(xué)發(fā)射器之間的距離和/或所述目標(biāo)場(chǎng)景中各像素點(diǎn)的相對(duì)光強(qiáng)。

在一個(gè)實(shí)施方式中，所述光學(xué)狀態(tài)可以是光的偏振狀態(tài)。

在一個(gè)實(shí)施方式中，所述光學(xué)元件陣列可以包括具有彼此不同的固定偏振方向的至少三個(gè)偏振片。

在一個(gè)實(shí)施方式中，所述光學(xué)元件陣列至少包括一個(gè)偏振方向可調(diào)的偏振部件。

在一個(gè)實(shí)施方式中，所述光學(xué)元件陣列由四個(gè)偏振片組成，所述四個(gè)偏振部件呈田字形設(shè)置。