[发明专利]一种透过散射介质的快速三维成像方法

说明书

本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种透过散射介质的快速三维成像方法，包括以下步骤：S1、获得成像装置的点扩散函数；S2、向参考平面投影一帧或多帧正弦条纹，经参考平面反射并通过散射介质（2）后，采集对应散斑；S3、将被测物体固定到参考平面，向被测物体投影相同的正弦条纹，采集经物体表面反射并通过散射介质（2）后的受物体高度调制的变形条纹所对应的散斑；S4、对得到的散斑分别与系统的点扩散函数进行反卷积运算，利用相位恢复算法获取相位信息，实现透过散射介质快速三维成像。本发明通过侵入式地向被测物体投影周期性图案，采用散斑解卷积成像法，实现透过散射介质的真三维成像，提高了散射环境下的三维成像的速度和精度。

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种透过散射介质的快速三维成像方法，通过向被测目标投影三帧以下周期性条纹，利用散射介质的光学记忆效应重建受物体调制的变形条纹，基于傅里叶变换条纹轮廓术或相移轮廓术获取物体三维形貌信息。

背景技术

光学三维测量技术在国家安全、航空航天以及空间遥感等领域的应用凸显了散射环境中三维成像的重要性。

光遇到散射介质时，有序的光波前被扰乱，导致所成图像模糊甚至成为散斑。通常情况下无法获取散斑光强分布的具体函数，只能通过其统计特性来解决实际问题。虽然光在多重散射介质中传播具有很高的随机性，但当散射介质处于稳定状态时，光在散射介质中的传播具有确定性。I.Freund等人发现，轻微调整入射角度，所得散斑会发生相应的整体移动，而强度不会有明显变化，即散射介质的光学记忆效应。基于光学记忆效应的散斑解卷积成像法，通过点光源获取系统的点扩散函数(Point Spread Function,PSF)，将物体对应散斑和系统PSF做反卷积运算，无需多次迭代求解相位，可对单个二维目标或系统轴向离散位置处不同二维目标实现高质量成像。然而，对隐藏于透过散射介质中，具有连续三维面型的物体的真三维成像未见报道。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种透过散射介质的快速三维成像方法，将结构光投影轮廓术引入基于光学记忆效应的散斑解卷积成像技术，结合变形条纹与被测三维物体面形高度的点对点的关系，提高散射环境下的三维成像的速度和精度，实现透过散射介质的“真三维”成像。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种透过散射介质的快速三维成像方法，采用的成像装置包括图像采集器、参考平面和数字光投影仪，数字光投影仪发射的信号经参考平面反射，经散射介质后被图像采集器接收，所述三维成像方法包括以下步骤：

S1、系统校正：获得成像装置的点扩散函数；

S2、向参考平面投影一帧或多帧正弦条纹，经参考平面反射通过散射介质后，通过图像采集器采集对应散斑；

S3、将被测物体固定到参考平面，向被测物体投影相同的正弦条纹，通过图像采集器采集经物体表面反射并通过散射介质后的受物体高度调制的变形条纹所对应的散斑；

S4、对步骤S2和S3得到的散斑分别与系统的点扩散函数进行反卷积运算，得到经参考平面后的正弦条纹和经过物体调制后的正弦条纹，利用相位恢复算法获取与物体三维信息点/点对应的相位，实现透过散射介质快速三维成像。

进一步地，所述步骤S1中，成像装置的点扩散函数的获得方法为：透过散射介质分别采集尺寸为3×3个像素的点光源O_P所对应的散斑Oc，通过点光源与散斑获取点扩散函数。

进一步地，数字光投影仪与图像采集器在同一垂直或水平平面内，且二者主光轴存在夹角。

进一步地，所述步骤S2中，投影一帧正弦条纹时，对应地，所述步骤S4的具体步骤为：

S411、对步骤S2和S3得到的散斑分别与系统的点扩散函数进行反卷积运算，得到透射散射介质并分别经参考平面反射后的正弦条纹和经过物体调制后的正弦条纹，然后进行快速做傅里叶变换得到对应的频域谱分布，滤出基频分量；