主动成像的激光摄像头及其成像方法技术

一种主动成像的激光摄像头及其成像方法，包括激光发生器、光感器和控制芯片，所述激光发生器、光感器与控制芯片连接，成像方法包括一、采集物体相对于摄像头焦点的三维球面坐标二、图像转换。其优点是在同一场景只需在一个位置拍摄一幅图像，即可获取空间点的三维信息。对光照及物体形态的先验认识无依赖性，不会因三维成像视角的不同和物体的遮挡丢失信息，对其恢复的精确性高。

Active imaging laser camera and imaging method thereof

A camera laser active imaging and imaging method, which comprises a laser generator, a light sensor and a control chip, the laser generator, a light sensor is connected with the control chip, including a collection, imaging method of object relative to the camera focus of the two dimensional spherical coordinate, image conversion. The utility model has the advantage that only one image can be captured in the same scene, and the three-dimensional information of the spatial points can be obtained. It is not dependent on the prior knowledge of the illumination and the object shape, and it is not because of the difference of the three dimensional imaging angle and the loss information of the object.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及摄影的特殊设备，涉及相机和电子闪光设备的联合，尤指一种主动成像的激光摄像头及其成像方法。
技术介绍
传统的三维成像可称为被动式三维成像，是仿照人类利用双目线索感知距离的方法，需要在同一场景的不同位置拍摄两幅或两幅以上的图像，通过计算空间点在两幅图像的视差，获取空间点的三维信息。由于被动三维成像对光照及物体形态的先验认识有极大的依赖性，使其在某些场合有极大的局限性。而且被动式三维成像还会因为视角的不同和物体的遮挡丢失信息，对其恢复的精确性产生不良影响。
技术实现思路
针对现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种主动成像的激光摄像头及其成像方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种主动成像的激光摄像头及其成像方法，其特征在于：包括激光发生器、光感器和控制芯片，所述激光发生器、光感器与控制芯片连接，其中：激光发生器，用于产生N×N束平面阵列激光；光感器，将接受的激光发生器的N×N束平面阵列激光转换成电信号并滤除背景光、实现信号放大和电路光路隔离、检测并过滤特定频率的光波；控制芯片，用于控制激光发生器每个发光单元启停，计算和记录光感器感光时间，并将激光信号转换成图像信号。进一步地：所述激光发生器可以包括纳米激光发射阵列、准直系统和光纤，所述纳米激光阵列发出初级激光束，通过光纤到达由微透镜阵列构成的准直系统，准直系统将初级激光束变换成准激光束。所述准直系统可以包括有镜头，将每束平面光水平、垂直偏过一定角度变成N×N束球面光阵列。所述激光发生器可以包括激光振荡器、光开关和准直系统，激光振荡器发出初级激光为总球面光，光开关球面阵列受控制芯片控制，实现对球面上任一束子光通断控制。本专利技术还可以包括有汇光透镜，安装于感光器前端，将远处物体漫反射的激光光汇聚成一光斑。所述光感器可以包括依序连接的过滤片、光二极管、放大器和若干个带通滤波器，过滤片用于滤除背景光；光二极管用于实现光电转换；放大器用实现信号放大和电路光路隔离；带通滤波器用于检测并过滤特定频率的光波。本专利技术主动成像的激光摄像成像方法包括如下步骤：一、采集物体相对于摄像头焦点的三维球面坐标(θ，r）①向激光发生器发出(i，j)工作指令，1≤i，j≤N；②激光发生器第(i，j)单元发出束激光，经准直系统后发生水平、垂直偏转向量激光(αi，αj)；③向量激光(αi，αj)经光感器，小部分光被光感器吸取并向控制芯片发送计时信号，控制芯片记录起始时间t1ij；④大部分向量激光(αi，αj)发射出去，遇物体上一点A发生漫反射后再次经光感器，光感器吸取并向控制芯片发送计时信号，控制芯片记录结束时间t2ij(或者经固定时间后ΔT仍未有计时信号，令t2ij＝∞)；⑤控制芯片将第(i，j)点位置信息(αi，αj，rij)写入，启动下一(i，j)工作指令，直至所有单元工作指令完成，计算物体上一点的距离为c为光束、R为激光焦点O离光感器距离，i、j＝N时工作结束。上述过程可以有单点工作和多点工作两种方式，所述单点工作方式为同一时刻，只有一束光在工作；所述多点工作方式：同一时刻，有多束光在工作；每束光的光频率或调制光频率不同，可以被光感器区分；一条指令采集多个像素的三维球面坐标；二、图像转换将激光摄像头采集的摄像头系数据坐标，转换成地球坐标系坐标，同时实现坐标与颜色合并；摄像头坐标系：摄像头焦点为原点，光不发生任何偏转的轴为X轴，与X轴垂直向上的轴为Z轴，垂直纸面向外的轴为Y轴；地球坐标系：包括坐标和方向。原点点坐标为某点经度、纬度、高程，北极磁场方向为X轴，重力反方向为Z轴，水平向左为Y轴；具体步骤①读取数据：从激光摄像头读取成像位置向量(αi，αj，rij)；1≤i，j≤N从普通摄像头读取成像颜色信息(rgbi，rgbj)及相对于激光摄像头位置向量(x′，y′，z′)；1≤i，j≤M，M为普通摄像头像素；从位置感知器(GPS)读取激光摄像头相对于地球参考点的位置向量(x，y，z)；从方向感知器(陀螺仪)读取激光摄像头方向相对于地球参考点方向偏转向量(βx，βy，βz)；②颜色变换：将位置向量与颜色数据合并P(αi，αj，rij，rgbij)(1)转成(2)从普通平面颜色像中(rgbi，rgbj)提取对应的颜色值rgbij(3)将合并后向量位置颜色向量(θ‘，r‘，rgbij)转成摄像头坐标系坐标(αi，αj，rij，rgbij)；③方向变换：将摄像头坐标方向变成与地球坐标系方向同向图像进行旋转，绕激光摄像头在x、y、z轴旋转βx，βy，βz或者说图像不动，坐标轴转点反向旋转βx，βy，βz变成P(αi′，αj′，rij，rgbij)④原点变换：激光摄像头坐标原点变成与地球坐标系原点图像进行平移，⑤写入文件：将变换后的位置颜色和参考点存储A：经度W、纬度S、高程HP：x11，y11，z11，rgb11……xij，yij，zij，rgbij……xNN，yNN，zNN，rgbNN。当包括有汇光透镜时，计算物体上一点的距离修正为Δtij为校正时间(控制芯片3发指令后与相对多走路程对应时间，与仪器安装有关的固定小常数，距离较远时可取0)。本专利技术的有益效果是：在同一场景只需在一个位置拍摄一幅图像，即可获取空间点的三维信息。对光照及物体形态的先验认识无依赖性，不会因三维成像视角的不同和物体的遮挡丢失信息，对其恢复的精确性高。制造成本低：感光部分可设计成只有一个光二极管+1个或多个带通滤波器，相比于APD光感器阵列，电路比光路工艺更成熟、规模更易做大、技术上更有优势。使用方便：成像范围大镜头实现由平面阵列光向球面阵列光转化，使成像具有类似人眼视角的特点(近处清晰、远处广阔)；1激光发生器和3光感器的设计可以让拍摄角度无限制。结果价值大：拍摄的照片直接转换成地球坐标，各照片图像之间空间位置明确可直接拼接并上传于地球数据中(GOOGLEEARTH)，无需借助复杂软件或先验知识进行处理。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步的描述。图1是本专利技术的第一实施例结构原理示意图。图2是本专利技术的光感器2结构示意图。图3是本专利技术的第二实施例结构原理示意图。图4是本专利技术的第三实施例结构原理示意图。图5是本专利技术的第四实施例结构原理示意图。图6是激光摄像头的各种实现方式汇总图表。图7是摄像头坐标系示意图。图8是地球坐标系示意图。图9是将转成示意图。具体实施方式参见附图1，本专利技术一种主动成像的激光摄像头及其成像方法第一实施例，其特征在于：包括激光发生器1、光感器2和控制芯片3，所述激光发生器1、光感器2与控制芯片3连接，其中：激光发生器1，用于产生N×N束平面阵列激光；光感器2，将接受的激光发生器1的N×N束平面阵列激光转换成电信号并滤除背景光、实现信号放大和电路光路隔离、检测并过滤特定频率的光波；控制芯片3，用于控制激光发生器1每个发光单元启停，计算和记录光感器感光时间，并将激光信号转换成图像信号。参见图1，在本专利技术的第一实施例中：所述激光发生器1包括纳米激光发射阵列1.1、准直系统1.2和光纤1.3，所述纳米激光阵列1.1发出初级激光束，通过光纤1.3到达由微透镜阵列构成的准直系统1.2，准直系统1.2将初级激光束变换成准激光束。参见图3，在本专利技术的第二实施例中，所述准直系统1.2包括有镜头本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种主动成像的激光摄像头，其特征在于：包括激光发生器、光感器和控制芯片，所述激光发生器、光感器与控制芯片连接，其中：激光发生器，用于产生N×N束平面阵列激光；光感器，将接受的激光发生器的N×N束平面阵列激光转换成电信号并滤除背景光、实现信号放大和电路光路隔离、检测并过滤特定频率的光波；控制芯片，用于控制激光发生器每个发光单元启停，计算和记录光感器感光时间，并将激光信号转换成图像信号。

【技术特征摘要】
1.一种主动成像的激光摄像头，其特征在于：包括激光发生器、光感器和控制芯片，所述激光发生器、光感器与控制芯片连接，其中：激光发生器，用于产生N×N束平面阵列激光；光感器，将接受的激光发生器的N×N束平面阵列激光转换成电信号并滤除背景光、实现信号放大和电路光路隔离、检测并过滤特定频率的光波；控制芯片，用于控制激光发生器每个发光单元启停，计算和记录光感器感光时间，并将激光信号转换成图像信号。2.根据权利要求1所述的主动成像的激光摄像头，其特征在于：所述激光发生器包括纳米激光发射阵列、准直系统和光纤，所述纳米激光阵列发出初级激光束，通过光纤到达由微透镜阵列构成的准直系统，准直系统将初级激光束变换成准激光束。3.根据权利要求2所述的主动成像的激光摄像头，其特征在于：所述准直系统包括有镜头，将每束平面光水平、垂直偏过一定角度变成N×N束球面光阵列。4.根据权利要求1所述的主动成像的激光摄像头，其特征在于：所述激光发生器包括激光振荡器、光开关和准直系统，激光振荡器发出初级激光为总球面光，光开关球面阵列受控制芯片控制，实现对球面上任一束子光通断控制。5.根据权利要求1所述的主动成像的激光摄像头，其特征在于：还包括有汇光透镜，安装于感光器前端，将远处物体漫反射的激光光汇聚成一光斑。6.根据权利要求1所述的主动成像的激光摄像头，其特征在于：所述光感器包括依序连接的过滤片、光二极管、放大器和若干个带通滤波器，过滤片用于滤除背景光；光二极管用于实现光电转换；放大器用实现信号放大和电路光路隔离；带通滤波器用于检测并过滤特定频率的光波。7.一种主动成像的激光摄像成像方法，其特征在于包括如下步骤：一、采集物体相对于摄像头焦点的三维球面坐标①向激光发生器发出(i，j)工作指令，1≤i，j≤N；②激光发生器第(i，j)单元发出束激光，经准直系统后发生水平、垂直偏转向量激光(αi，αj)；③向量激光(αi，αj)经光感器，光感器向控制芯片发送计时信号，控制芯片记录起始时间t1ij；④向量激光(αi，αj)发射出去，遇物体上一点发生漫反射后再次经光感器，光感器吸取并向控制芯片发送计时信号，控...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈春秀，徐亚兰，钟智辉，张林，王鹏，
申请(专利权)人：王鹏，张林，
类型：发明
国别省市：湖南;43