[发明专利]用于范围成像的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于范围成像的装置和方法。

背景技术

存在许多的应用不但需要检测视场内的物体，而且还需要确定至每个被检测物体的距离。这些应用包括：电力线检测以保证直升机移动安全、跑道灯检测以帮助飞机着陆等。除立体图成像方法之外，通常的光学成像方法不允许在图像中快速精确地确定至所捕获的物体的距离。

立体图成像需要从不同的视角捕获相同物体的至少两个图像。该要求导致以下困难：

-至少两个图像捕获装置必须并联地安装，并且相对于彼此具有精确限定的位置；

-如果被捕获的物体在移动，必须同时捕获图像；以及

-需要图像相关软件以比较分别由两个装置捕获的图像中相同物体的位置。

平面型光学部件是已知的，其中透射率作为每个部件的面内两个坐标的函数而改变，并具有二维傅里叶变换，该二维傅里叶变换包括位于具有确定半径的圆上的峰。这种部件被称为是连续自成像的并在J.Durnin，的名为“用于非衍射光束的精确解I标量理论（Exact solutions for nondiffracting beams.I.The scalar theory）”Journal of the Optical Society of America A，Vol.4，pp.651-654，1987以及在N.Guérineau等人，Optics Letter，Vol.，pp.411-413，2001的名为“通过利用连续自成像光栅的消色差且传播不变点阵列的产生（Generation of achromatic and propagation-invariant spot array by use of continuously self-imaging gratings）”并限定连续自成像光栅的文章中进行了描述。

另外，Piponnier等人的名为“用于先进成像系统设计的非衍射阵列的分析和发展（Analysis and development of non-diffracting arrays for the design of advanced imaging systems）”Journées scientifiques de l'Ecole Doctorale Ondes&Matières（EDOM），2011年3月7-8日的报告提出了将连续自成像部件与图像传感器相关联以用于包括检测、识别、或用于简单物体的位置确定的应用。

发明内容

因此本发明的目的是提出不具有立体成像方法的上述缺点的范围成像的新方法。

具体地，本发明的目的是，基于被捕获图像来确定视场内所包括的多个物体的各自的距离。

本发明的另一目的是在不需要强大的计算能力的情况下简单地确定至多个物体的距离。

为此，本发明提出了一种方法，包括以下步骤：

/1/获得平面型光学部件，该平面型光学部件具有透射率t，透射率t作为该部件的面中两个坐标的函数而改变，以及进行包括位于半径为ρ_∞的基圆上的峰的二维傅里叶变换T；

/2/将部件设置成垂直于光轴线Z并朝向视场；

/3/将图像传感器设置在垂直于轴线Z的面中，该图像传感器位于距部件的距离d_f处，并位于部件的与视场相反的一侧；

/4/利用传感器捕获由来源于物体且穿过部件的光形成的图像；以及

/5/计算被捕获图像的傅里叶变换，以获得对应于捕获的图像的傅里叶变换的峰的空间频率的频谱S_tot，用于被捕获图像的该频谱包括每个都内接在分别的圆中的多个同心组成部分。

根据在步骤/1/中表明的光学部件的透射率t特性，该部件连续地自成像。

本发明的方法特征在于，在步骤/1/中，部件的透射率t的傅里叶变换T包括分布在具有半径ρ_∞的基圆上的有限数目的峰。另外，本方法包括在步骤/5/之后还执行的以下步骤：

/6/提供参考频谱S_ref，其对应于由位于轴线Z上无限远处的点光源通过部件产生在传感器上的参考图像的傅里叶变换的峰，该参考频谱S_ref包括参考空间频率并且内接在半径为2ρ_∞的参考圆中，半径2ρ_∞等于基圆半径的两倍；

/7/在公共参考系统中，将被捕获图像的空间频率的频谱S_tot与参考频谱S_ref同心地叠加；