一種超分辨3d激光測量系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超分辨3D激光測量系統(tǒng)及方法。測量系統(tǒng)包括空間相位調制相機、用于發(fā)射激光的激光器以及用于獲得被測目標平面二維坐標的經緯儀；空間相位調制相機包括面陣探測器、分光鏡、單物鏡、第一接收器、第二接收器；激光器向被測目標發(fā)射激光，由空間相位調制相機通過第一接收器、第二接收器分別接收由被測目標反射出的光線，再經過分光鏡折射通過單物鏡將光線傳送到面陣探測器。本發(fā)明提供了一種分辨率高、測量速度高、成本低的超分辨3D激光測量系統(tǒng)及方法。
【專利說明】一種超分辨3D激光測量系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于光學領域，涉及一種三維成像系統(tǒng)，尤其涉及一種能夠實現超分辨的3D激光測量系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]三維成像技術是人們突破傳統(tǒng)的平面圖像為代表的兩維影像，獲取包含深度信息的空間三維圖像的一項關鍵技術，近些年成為世界各國的研究熱點，得到了快速發(fā)展和突破，在國民生活中得到了廣泛的應用。在技術途徑上，三維成像技術通常包含基于雙目立體視覺、激光雷達掃描成像兩種方式。激光雷達是利用激光的飛行時間判斷物體至掃描點的距離，通過掃描獲 取場景的三維信息；雙目立體視覺是采用三角法的基本原理，通過構線方程判定目標點至參考的距離。
[0003]雙目立體視覺在技術途徑上包含立體攝影和利用激光結構光照明成像探測兩種方式。
[0004]激光結構光照明成像探測是近些年發(fā)展的一種激光主動成像探測技術，其特點是成本低，效率聞，可快速獲取場景的二維?目息。
[0005]在利用結構光照明的激光三維探測系統(tǒng)，通常采用激光發(fā)射出的線狀光束照射目標，為了提高效率，近些年也提出了一些利用激光散斑、莫爾條紋或正弦光柵的結構光，無需掃描，可對區(qū)域內的目標同時進行成像和運算，獲取場景目標的三維信息，此類技術也被稱為空間相位調制技術，其調制本身是產生特定的空間圖案。
[0006]以上激光三維測量原理和方法的測量精度與探測器像素的尺寸相關聯，其平面精度等于探測器像素尺寸針對鏡頭在物方的投影，
【權利要求】
1.一種超分辨3D激光測量系統(tǒng)，其特征在于:包括空間相位調制相機、用于發(fā)射激光的激光器以及用于獲得被測目標平面二維坐標的經緯儀； 所述空間相位調制相機包括面陣探測器、分光鏡、單物鏡、第一接收器、第二接收器；所述激光器向被測目標發(fā)射激光，由空間相位調制相機通過第一接收器、第二接收器分別接收由被測目標反射出的光線，再經過分光鏡折射通過單物鏡將光線傳送到面陣探測器。
2.根據權利要求1所述的一種超分辨3D激光測量系統(tǒng)，其特征在于:所述第二接收器像面位置上設置有正弦或余弦周期性的相位調制片。
3.根據權利要求1或2所述的一種超分辨3D激光測量系統(tǒng)，其特征在于:所述激光器為一字線激光器。
4.基于權利要求1所述的超分辨3D激光測量系統(tǒng)的超分辨3D激光測量方法，其特征在于: 包括以下步驟: I】激光器發(fā)射激光并采用線陣掃描的方法對被測物體進行照明；設定物點的光亮度為L ； 2】空間相位調制相機的面陣探測器通過單物鏡接收被測物體反射出的光線所成的像，獲得被測物體的像素空間坐標(N，M)及第一接收器、第二接收器所接收到的被測物體的光強度信息； 3】空間相位調制相機對被測物體的光強度信息進行比較，通過公式⑴~(3)，得到相位調制度sin (coy)；
Em(X, Y, Z) = 3i XL(X, Y, Z) Xsin(coy) Xd2/4f2 (I)
Et(X, Y, Z) = 3i XL(X, Y, Z) Xd2/4f2 (2)
y=arcsin(EM/ET)/ ω(3) 4】獲得被測物體三維坐標信息； 4.1]通過相位調制度獲取亞像元級的空間分辨率； 4.2]通過構線方程及被測物體的像點空間坐標(Ν，Μ)可獲得目標點的距離(Z)，平面坐標⑴； 4.3]通過經緯儀獲取物點平面坐標(X)； 5】通過控制經緯儀旋轉掃描三維空間，可獲得設備周圍三維空間的三維坐標信息。
【文檔編號】G01B11/03GK103697825SQ201310746107
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權日:2013年12月30日
【發(fā)明者】屈恩世, 賀正權, 王麗莉, 李育林, 孔德鵬 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所