[发明专利]基于MEMS扫描微镜的小型化无镜头激光三维成像系统及其成像方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及三维成像技术领域，特别涉及一种基于MEMS扫描微镜的小型化无镜头激光三维成像系统及其成像方法。

      

背景技术

与传统的二维成像技术相比，三维成像技术包含了第三维的距离或深度信息，能够更加充分地描述真实三维场景中物体的位置和运动信息，因此具有许多突出的优点和广阔的应用前景；特别是近年来，随着计算机视觉技术的不断发展，在目标识别、实物仿形、移动机器人防撞、无人车导航、立体电影、虚拟现实等应用领域对高性能三维成像的需求十分迫切。

基于光学测距的三维成像技术由于方向性好、测量范围大、分辨率高、无需接触、抗外界环境干扰强，而逐渐成为国内外的研究热点，而目前研究的大部分光学三维成像系统均是基于三角法或飞行时间原理来测量距离的。

基于三角法测距的三维成像系统，例如双目视觉系统和结构光成像系统，需要处理“阴影”效应（Shadow effects）或投影条纹“模糊”问题（Ambiguity problems），因此一般只能使用在对比度高的测量场合。与该类成像系统相比，基于飞行时间测距的三维成像系统由于光的发射和接收几乎在同一条直线上，可以明显“分辨”各个被测点的信息，因此不会出现三角法测距中存在的 “阴影”或投影“模糊”问题；此外，基于飞行时间测距的三维成像系统还具有原理简单、测距精度高、无需参考面等优点。

在传统的基于飞行时间测距的三维成像系统中，最典型的代表是扫描式激光成像雷达，它在单点飞行时间测距的基础上，通过二维扫描实现整个三维空间的测量，例如美国的HDL-64E扫描激光雷达。这种三维成像技术原理简单、可探测距离远、精度高，但是由于使用了精密、笨重且价格昂贵的宏观机械扫描装置和光学元件，该类系统一般抗振性能差、体积大、成本高；同时，由于宏观的机械扫描装置自身扫描速度慢，在长时间使用过程中存在老化和磨损现象，使用该方法获得的三维图像的套准精度低，实时性差，且常常不适用于动态目标或场景的测量；此外，传统的扫描激光成像雷达获取的三维图像往往都是单色的灰度图像，成像颜色真实感较差。

 

发明内容

本发明的目的是针对上述传统三维成像技术所存在的不足，提供一种基于MEMS扫描微镜的小型化无镜头激光三维成像系统，用于实现实时、高精度和低成本的彩色三维成像，满足现有诸多领域对高性能三维成像的迫切需求。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种基于MEMS扫描微镜的小型化无镜头激光三维成像系统，包括激光器组、光电调制电路、分束镜组、反射镜组、双轴MEMS微镜、微镜驱动电路、滤光片组、光电接收器组、幅度测量电路组和幅度-距离测量电路；所述光电调制电路与激光器组相连接，所述光电接收器组经幅度测量电路组和幅度-距离测量电路与微控制器相连接，所述微控制器与显示器交互连接；所述微控制器输出端与微镜驱动电路输入端相连接，并由微镜驱动电路驱动双轴MEMS微镜。