[發明專利]基于微透鏡陣列的結構光快速成像方法及系統

有效

• 申請號: 202110134987.6
• 申請日: 2021-01-29
• 公開（公告）號: CN112945141B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 楊劍
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 太原九得專利代理事務所(普通合伙) 14117
• 代理人: 高璇

1.基于微透鏡陣列的結構光快速成像方法，其特征在于：包括如下步驟：

S10，投影裝置產生結構光，并將結構光投射到被測物上；

S20,將被測物、主透鏡、微透鏡陣列、圖像傳感器沿光路依次設置，使得入射光線依次通過主透鏡、微透鏡陣列直至圖像傳感器；

S30，圖像傳感器采集被測物的結構光影像圖像，獲得被測物的四維光場信息；

S40,成像計算裝置根據被測物的四維光場信息，進行深度計算，獲得被測物的三維重建圖像；

所述步驟S40中，成像計算裝置根據被測物的四維光場信息，進行深度計算，獲得被測物的三維重建圖像，具體包括：

S401，再聚焦；即：將采集到的四維光場重新投影到新的像平面進行積分，得到N×M幅再聚焦圖像，其中：N，M分別是被測物通過單微透鏡投射的像素點的寬度和高度；

S402，對N×M幅再聚焦圖像分別做傅里葉變換；

S403，通過每個像素點的頻域成分確定該像素點所在的焦平面；

S404，計算每個像素點的景深，并通過透鏡成像公式，獲得被測物的三維重建圖像；其中：所述透鏡成像公式為：

其中，u，v，f分別表示物距、像距和焦距；

所述步驟S401中，將采集到的四維光場重新投影到新的像平面進行積分的數學表達式為：

其中：u表示主鏡頭孔徑所在平面,S表示微透鏡陣列所在平面；L表示主鏡頭孔徑所在平面與微透鏡陣列所在平面之間的距離：s′表示重新投影的像平面；L′表示重新投影像平面與主鏡頭孔徑所在平面之間的距離；

所述L′與L之間的關系為：L′＝αL；

所述步驟S402中，對N×M幅再聚焦圖像分別做傅里葉變換的數學表達式為：

其中：F(u,v)表示頻域值，f(x,y)表示像素點的值，W，H分別表示圖像的寬和高。

2.根據權利要求1所述的基于微透鏡陣列的結構光快速成像方法，其特征在于：所述步驟S30中，所述的四維光場信息包括：二維位置信息和二維方向信息。

3.根據權利要求1所述的基于微透鏡陣列的結構光快速成像方法，其特征在于：

所述步驟S20中，所述的結構光包括：光柵正弦圖像結構光。

4.根據權利要求3所述的基于微透鏡陣列的結構光快速成像方法，其特征在于：所述步驟S20中，投影裝置產生結構光，并將結構光投射到被測物表面中，所述結構光需滿足如下表達式：

上式中，A(x,y)表示背景光強和B(x,y)表示條紋幅值光強，α_i表示初始相位，表示相位；

令：則式(4)式可表示為：

將符合式(5)的結構光投射到被測物體表面。

5.根據權利要求1所述的基于微透鏡陣列的結構光快速成像方法，其特征在于：所述圖像傳感器為CCD圖像傳感器。