[发明专利]一种超分辨3D激光测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于光学领域，涉及一种三维成像系统，尤其涉及一种能够实现超分辨的3D激光测量系统及方法。

背景技术

三维成像技术是人们突破传统的平面图像为代表的两维影像，获取包含深度信息的空间三维图像的一项关键技术，近些年成为世界各国的研究热点，得到了快速发展和突破，在国民生活中得到了广泛的应用。在技术途径上，三维成像技术通常包含基于双目立体视觉、激光雷达扫描成像两种方式。激光雷达是利用激光的飞行时间判断物体至扫描点的距离，通过扫描获取场景的三维信息；双目立体视觉是采用三角法的基本原理，通过构线方程判定目标点至参考的距离。

双目立体视觉在技术途径上包含立体摄影和利用激光结构光照明成像探测两种方式。

激光结构光照明成像探测是近些年发展的一种激光主动成像探测技术，其特点是成本低，效率高，可快速获取场景的三维信息。

在利用结构光照明的激光三维探测系统，通常采用激光发射出的线状光束照射目标，为了提高效率，近些年也提出了一些利用激光散斑、莫尔条纹或正弦光栅的结构光，无需扫描，可对区域内的目标同时进行成像和运算，获取场景目标的三维信息，此类技术也被称为空间相位调制技术，其调制本身是产生特定的空间图案。

以上激光三维测量原理和方法的测量精度与探测器像素的尺寸相关联，其平面精度等于探测器像素尺寸针对镜头在物方的投影，

式中，ΔX,ΔY表示平面精度，d表示像素大小，f表示镜头焦距长度，L表示测量设备至物体的距离。

距离精度ΔZ=L2f×D×d]]>

式中D为测量设备的中心距。

由此可见，其三维测量结果无法超越像素级，达到亚像元的分辨率。

发明内容

为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提出了一种超分辨3D激光测量系统及方法，可以有效的提高的激光三维测量的精度。

本发明的技术解决方案是：一种超分辨3D激光测量系统，其特殊之处在于：包括空间相位调制相机、用于发射激光的激光器以及用于获得被测目标平面二维坐标的经纬仪；

上述空间相位调制相机包括面阵探测器、分光镜、单物镜、第一接收器、第二接收器；

上述激光器向被测目标发射激光，由空间相位调制相机通过第一接收器、第二接收器分别接收由被测目标反射出的光线，再经过分光镜折射通过单物镜将光线传送到面阵探测器；

上述第二接收器像面位置上设置有正弦或余弦周期性的相位调制片；

上述激光器为一字线激光器。

基于权利要求1所述的超分辨3D激光测量系统的超分辨3D激光测量方法，其特殊之处在于：

包括以下步骤：

1】激光器发射激光并采用线阵扫描的方法对被测物体进行照明；设定物点的光亮度为L；

2】空间相位调制相机的面阵探测器通过单物镜接收被测物体反射出的光线所成的像，获得被测物体的像素空间坐标(N,M)及第一接收器、第二接收器所接收到的被测物体的光强度信息；

3】空间相位调制相机对被测物体的光强度信息进行比较，通过公式(1)～(3)，得到相位调制度sin(ωy)；

E_M(X,Y,Z)=π×L(X,Y,Z)×sin(ωy)×d²/4f²     （1）

E_T(X,Y,Z)=π×L(X,Y,Z)×d²/4f²     （2）

y=arcsin(E_M/E_T)/ω     (3）

4】获得被测物体三维坐标信息；

4.1]通过相位调制度获取亚像元级的空间分辨率；

4.2]通过构线方程及被测物体的像点空间坐标(N,M)可获得目标点的距离(Z),平面坐标(Y)；

4.3]通过经纬仪获取物点平面坐标(X)；

5】通过控制经纬仪旋转扫描三维空间，可获得设备周围三维空间的三维坐标信息。