[发明专利]高速结构光产生装置及三维单像素成像系统

说明书

本发明实施例提供了一种高速结构光产生装置，包括：锁模激光器、色散补偿光纤、信号发生器、马赫增德尔调制器、单模光纤、准直器及色散器件。本发明实施例还提供了一种三维单像素成像系统，包括：上述的高速结构光产生装置、投射透镜、高速旋转平台、透镜、待成像物体及探测器。本发明可以产生高速结构光并进行高速度的三维单像素成像。

技术领域

本发明实施例涉及高速三维成像及单像素成像技术领域，尤其涉及一种高速结构光产生装置及三维单像素成像系统。

背景技术

高速三维单像素成像系统结合了“时-频-空”映射的高速单像素成像技术和光度立体视觉技术，首先通过单像素成像技术实现从不同探测角度重构现实场景的二维光强分布，然后利用光度立体视觉技术从获取的图像光强分布差异信息中重构出场景的三维信息。

传统的3D成像技术主要分为三大类：基于立体视觉、基于结构光和基于时间飞行的3D成像技术。其中基于立体视觉的3D相机的成像速度主要受限于CCD和CMOS的帧率(ms量级)以及复杂的3D重构算法(深度信息的恢复需要对大量的图像信息进行图像数据间的匹配和训练)；基于结构光的相机的成像速度主要受限于DMD的调制速率(kHz)以及CCD和CMOS的帧率；而基于时间飞行的3D相机需要进行逐点扫描，因此速度也受限。由此可见，如何获取一种高速结构光产生装置，并在此基础上开发出一种具有高速度的三维单像素成像系统，就成为3D成像技术领域亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明实施例提供了一种高速结构光产生装置及三维单像素成像系统。

一方面，本发明实施例提供了一种高速结构光产生装置，包括：锁模激光器、色散补偿光纤、信号发生器、马赫增德尔调制器、单模光纤、准直器及色散器件；

所述锁模激光器，与所述色散补偿光纤连接，用于发射激光，为所述色散补偿光纤提供光谱；所述色散补偿光纤，与所述马赫增德尔调制器连接，用于在时域延展所述光谱得到延展光谱；所述信号发生器，与所述马赫增德尔调制器连接，用于产生编码信号；所述马赫增德尔调制器，与所述单模光纤连接，用于将所述编码信号调制到所述延展光谱上，得到复合延展光谱；所述单模光纤，与所述准直器连接，用于在时域压缩所述复合延展光谱，得到复合压缩光谱；所述准直器，与所述单模光纤连接，用于调整所述复合压缩光谱射入所述色散器件的入射角；所述色散器件，接收经所述准直器调整入射角后的复合压缩光谱，用于实现复合压缩光谱在空间中的一一映射，产生高速结构光。

另一方面，本发明实施例提供了一种三维单像素成像系统，包括：上述的高速结构光产生装置、投射透镜、高速旋转平台、透镜、待成像物体及探测器；

所述投射透镜，接收所述权利要求1所述的高速结构光产生装置产生的高速结构光，用于将所述高速结构光以垂直于所述高速旋转平台表面的方向，水平射向所述高速旋转平台；所述高速旋转平台上附着所述待成像物体，用于实现所述待成像物体的纵向运动；所述透镜，设置在所述高速旋转平台的漫反射场内，用于汇聚漫反射到空间的光强信息；所述探测器，设置在所述透镜出射端，用于接收所述透镜传递的光强信息并转化为二维光强信息；根据所述二维光强信息，采用光度立体视觉算法，生成所述待成像物体的三维单像素图像。

本发明实施例提供了一种高速结构光产生装置及三维单像素成像系统，通过马赫增德尔调制器将编码信号调制到延展光谱上，再使用单模光纤获取复合压缩光谱，最后经过色散器件可以获取高速结构光。并在获取的高速结构光的基础上，设计并得到了一种三维单像素成像系统，可以进行高速度的三维单像素成像。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。