一种三维图像成像装置、成像方法及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种三维图像成像装置、成像方法及系统。所述成像方法包括：发射激光；根据所述激光，控制第一数字微镜调制器以及第二数字微镜调制器通过哈达玛矩阵调制产生散斑光场；根据所述哈达玛矩阵确定多个散斑光场以及触发信号；根据所述触发信号以及所述散斑光场采集光强信号；所述光强信号包括第一光强信号以及第二光强信号；根据所述光强信号确定重构图像；根据所述重构图像确定图像深度信息；根据所述图像深度信息确定三维图像。采用本发明专利技术所提供的三维图像成像装置、成像方法及系统能够提高三维关联成像的成像精度。

【技术实现步骤摘要】
一种三维图像成像装置、成像方法及系统
本专利技术涉及新型量子成像领域，特别是涉及一种三维图像成像装置、成像方法及系统。可应用于极弱背景下水下探测、空间遥感地质勘探、战场环境下高精度制导和医学成像等领域。
技术介绍
三维关联成像技术是在关联成像的一个重要分支，也是在关联成像基础上发展起来的一项新技术。从2005年三维关联成像技术被提出，多种三维关联成像方法被提出，这些成像方式各有特点，成像方式各有不同，但是现存的三维关联成像技术都无法实现清晰的三维成像。经过研究表明三维关联成像的平面空间分辨率和物体到光源的距离成反比，距离越远，分辨率越低；深度空间分辨率和探测器的探测间隔成正比，探测间隔越小，分辨率越高。现有三维关联成像通过三次样条差值得到反射光总强度随时间变化的曲线，不同深度物体反射光到达桶探测器的时间不一致，所以，根据光强-时间曲线可以得到物体的深度信息，重构出物体三维图像，但是这种方法对探测器的速度要求非常高，造成信噪比与误差非常大，从而导致现有三维关联成像技术在成像过程中丢失了物体的深度信息，因此现存三维关联成像技术无法实现深度测量，进而导致关联成像的成像精度低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种三维图像成像装置、成像方法及系统，以解决现有技术中三维关联成像的成像精度低的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种三维图像成像装置，包括：两个子发射系统、桶探测器以及处理器；所述子发射系统包括数字微镜调制器、光学分束器、激光器、传输光纤、扩束透镜组；所述两个子发射系统共用所述处理器、所述激光器以及所述桶探测器；所述数字微镜调制器包括第一数字微镜调制器以及第二数字微镜调制器；所述处理器用于控制所述第一数字微镜调制器以及所述第二数字微镜调制器产生散斑光场并控制所述第一数字微镜调制器、所述第二数字微镜调制器以及所述桶探测器同步；所述激光器发射激光经过所述光学分束器，经所述光学分束器分束后的光束耦合通过所述第一传输光纤并传入到所述第一扩束透镜组后，透射到所述第一数字微镜调制器上，在所述第一数字微镜调制器内内利用哈达玛矩阵对所述激光进行调制产生散斑光场并向所述桶探测器发送接触信号，所述桶探测器根据所述接触信号接收光电信号并存储在所述处理器内；所述激光器发射激光经过所述光学分束器，经所述光学分束器分束后的光束耦合通过所述第二传输光纤并传入到所述第二扩束透镜组后，透射到所述第二数字微镜调制器上，在所述第二数字微镜调制器内利用哈达玛矩阵对所述激光进行调制产生散斑光场并向所述桶探测器发送接触信号，所述桶探测器根据所述接触信号接收光电信号并存储在所述处理器内。一种三维图像成像方法，所述成像方法应用于一种三维图像成像装置，包括：两个子发射系统、桶探测器以及处理器；所述子发射系统包括数字微镜调制器、光学分束器、激光器、传输光纤、扩束透镜组；所述两个子发射系统共用所述处理器、所述激光器以及所述桶探测器；所述数字微镜调制器包括第一数字微镜调制器以及第二数字微镜调制器；所述处理器用于控制所述第一数字微镜调制器以及所述第二数字微镜调制器产生散斑光场并控制所述第一数字微镜调制器、所述第二数字微镜调制器以及所述桶探测器同步；所述激光器发射激光经过所述光学分束器，经所述光学分束器分束后的光束耦合通过所述第一传输光纤并传入到所述第一扩束透镜组后，透射到所述第一数字微镜调制器上，在所述第一数字微镜调制器内内利用哈达玛矩阵对所述激光进行调制产生散斑光场并向所述桶探测器发送接触信号，所述桶探测器根据所述接触信号接收光电信号并存储在所述处理器内；所述激光器发射激光经过所述光学分束器，经所述光学分束器分束后的光束耦合通过所述第二传输光纤并传入到所述第二扩束透镜组后，透射到所述第二数字微镜调制器上，在所述第二数字微镜调制器内利用哈达玛矩阵对所述激光进行调制产生散斑光场并向所述桶探测器发送接触信号，所述桶探测器根据所述接触信号接收光电信号并存储在所述处理器内；所述成像方法包括：发射激光；根据所述激光，利用哈达玛矩阵确定多个散斑光场以及触发信号；所述哈达玛矩阵包括多个第一哈达玛矩阵以及多个第二哈达玛矩阵，所述第一哈达玛矩阵与所述第二哈达玛矩阵完全相同；所述散斑光场包括第一散斑光场以及第二散斑光场，所述第一散斑光场由所述第一哈达玛矩阵确定，所述第二散斑光场由所述第二哈达玛矩阵确定；所述触发信号为在所述数字微镜调制器内每一个所述哈达玛矩阵对激光进行调制后，向所述桶探测器发送的触发信号；所述触发信号包括第一触发信号以及第二触发信号，所述第一触发信号由所述第一数字微镜调制器产生，所述第二触发信号由所述第二数字微镜调制器产生；根据所述触发信号以及所述散斑光场采集光强信号；所述光强信号包括第一光强信号以及第二光强信号；所述第一哈达玛矩阵与所述第一光强信号一一对应；所述第二哈达玛矩阵与所述第二光强信号一一对应；根据所述光强信号确定重构图像；所述重构图像包括第一重构图像以及第二重构图像；根据所述重构图像确定图像深度信息；所述图像深度信息包括第一图像深度信息以及第二图像深度信息；所述第一图像深度信息由所述第一重构图像确定，所述第二图像深度信息由所述第二重构图像确定；根据所述图像深度信息确定三维图像。可选的，所述根据所述激光，利用哈达玛矩阵确定多个散斑光场以及触发信号，具体包括：所述处理器产生方波信号；根据所述方波信号，在所述方波信号的方波周期内控制所述第一数字微镜调制器在上升沿工作，并产生第一散斑光场；根据所述方波信号，在所述方波信号的方波周期内控制所述第二数字微镜调制器在下降沿工作，并产生第二散斑光场。可选的，所述根据所述触发信号以及所述散斑光场采集光强信号，具体包括：控制所述第一数字微镜调制器通过第i个所述第一哈达玛矩阵对激光进行调制后向所述桶探测器发送第一触发信号；其中，i≥1；根据所述第一触发信号控制所述桶探测器采集第一光强信号；通过控制时序关闭第一数字微镜调制器；控制所述第二数字微镜调制器通过第j个所述第二哈达玛矩阵对激光进行调制后向所述桶探测器发送第二触发信号；其中，j≥1，i＝j；根据所述第二触发信号控制所述桶探测器采集第二光强信号；通过控制时序关闭第二数字微镜调制器。可选的，所述根据所述重构图像确定图像深度信息，具体包括：根据公式确定第一图像深度信息；其中，PM为第一图像深度信息，W为所述散斑光场内像素距离，L为所述第一数字微镜调制器与所述第二数字微镜调制器之间的距离，d为所述第一散斑光场的顶点到第一屏幕的距离，xM为第一像素点与第二像素点之间的水平像素坐标，S1为第一屏幕的宽度；根据公式确定第二图像深度信息；其中，PK为第二图像深度信息，xK为第三像素点与第四像素点之间的水平像素坐标；所述第一屏幕与所述第二屏幕位于所述第一散斑光场与所述第二散斑光场的中心线上且所述第一散斑光场以及所述第二散斑光场所发出的光透射到所述第一屏幕以及第二屏幕，所述第一屏幕距离所述散斑光场的距离大于所述第二屏幕距离所述散斑光场的距离；所述第一像素点以及所述第三像素点在所述第一重构图像上，所述第二像素点以及所述第四像素点在所述第二重构图像上，所述第一像素点与所述第二像素为相同位置，所述第三像素点与所述第四像素点为相同位置。一种三维图像成像系统，包括：激光发射模块，用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维图像成像装置，其特征在于，包括：两个子发射系统、桶探测器以及处理器；所述子发射系统包括数字微镜调制器、光学分束器、激光器、传输光纤、扩束透镜组；所述两个子发射系统共用所述处理器、所述激光器以及所述桶探测器；所述数字微镜调制器包括第一数字微镜调制器以及第二数字微镜调制器；所述处理器用于控制所述第一数字微镜调制器以及所述第二数字微镜调制器产生散斑光场并控制所述第一数字微镜调制器、所述第二数字微镜调制器以及所述桶探测器同步；所述激光器发射激光经过所述光学分束器，经所述光学分束器分束后的光束耦合通过所述第一传输光纤并传入到所述第一扩束透镜组后，透射到所述第一数字微镜调制器上，在所述第一数字微镜调制器内内利用哈达玛矩阵对所述激光进行调制产生散斑光场并向所述桶探测器发送接触信号，所述桶探测器根据所述接触信号接收光电信号并存储在所述处理器内；所述激光器发射激光经过所述光学分束器，经所述光学分束器分束后的光束耦合通过所述第二传输光纤并传入到所述第二扩束透镜组后，透射到所述第二数字微镜调制器上，在所述第二数字微镜调制器内利用哈达玛矩阵对所述激光进行调制产生散斑光场并向所述桶探测器发送接触信号，所述桶探测器根据所述接触信号接收光电信号并存储在所述处理器内。...

【技术特征摘要】
1.一种三维图像成像装置，其特征在于，包括：两个子发射系统、桶探测器以及处理器；所述子发射系统包括数字微镜调制器、光学分束器、激光器、传输光纤、扩束透镜组；所述两个子发射系统共用所述处理器、所述激光器以及所述桶探测器；所述数字微镜调制器包括第一数字微镜调制器以及第二数字微镜调制器；所述处理器用于控制所述第一数字微镜调制器以及所述第二数字微镜调制器产生散斑光场并控制所述第一数字微镜调制器、所述第二数字微镜调制器以及所述桶探测器同步；所述激光器发射激光经过所述光学分束器，经所述光学分束器分束后的光束耦合通过所述第一传输光纤并传入到所述第一扩束透镜组后，透射到所述第一数字微镜调制器上，在所述第一数字微镜调制器内内利用哈达玛矩阵对所述激光进行调制产生散斑光场并向所述桶探测器发送接触信号，所述桶探测器根据所述接触信号接收光电信号并存储在所述处理器内；所述激光器发射激光经过所述光学分束器，经所述光学分束器分束后的光束耦合通过所述第二传输光纤并传入到所述第二扩束透镜组后，透射到所述第二数字微镜调制器上，在所述第二数字微镜调制器内利用哈达玛矩阵对所述激光进行调制产生散斑光场并向所述桶探测器发送接触信号，所述桶探测器根据所述接触信号接收光电信号并存储在所述处理器内。2.一种三维图像成像方法，其特征在于，所述成像方法应用于一种三维图像成像装置，包括：两个子发射系统、桶探测器以及处理器；所述子发射系统包括数字微镜调制器、光学分束器、激光器、传输光纤、扩束透镜组；所述两个子发射系统共用所述处理器、所述激光器以及所述桶探测器；所述数字微镜调制器包括第一数字微镜调制器以及第二数字微镜调制器；所述处理器用于控制所述第一数字微镜调制器以及所述第二数字微镜调制器产生散斑光场并控制所述第一数字微镜调制器、所述第二数字微镜调制器以及所述桶探测器同步；所述激光器发射激光经过所述光学分束器，经所述光学分束器分束后的光束耦合通过所述第一传输光纤并传入到所述第一扩束透镜组后，透射到所述第一数字微镜调制器上，在所述第一数字微镜调制器内内利用哈达玛矩阵对所述激光进行调制产生散斑光场并向所述桶探测器发送接触信号，所述桶探测器根据所述接触信号接收光电信号并存储在所述处理器内；所述激光器发射激光经过所述光学分束器，经所述光学分束器分束后的光束耦合通过所述第二传输光纤并传入到所述第二扩束透镜组后，透射到所述第二数字微镜调制器上，在所述第二数字微镜调制器内利用哈达玛矩阵对所述激光进行调制产生散斑光场并向所述桶探测器发送接触信号，所述桶探测器根据所述接触信号接收光电信号并存储在所述处理器内；所述成像方法包括：发射激光；根据所述激光，利用哈达玛矩阵确定多个散斑光场以及触发信号；所述哈达玛矩阵包括多个第一哈达玛矩阵以及多个第二哈达玛矩阵，所述第一哈达玛矩阵与所述第二哈达玛矩阵完全相同；所述散斑光场包括第一散斑光场以及第二散斑光场，所述第一散斑光场由所述第一哈达玛矩阵确定，所述第二散斑光场由所述第二哈达玛矩阵确定；所述触发信号为在所述数字微镜调制器内每一个所述哈达玛矩阵对激光进行调制后，向所述桶探测器发送的触发信号；所述触发信号包括第一触发信号以及第二触发信号，所述第一触发信号由所述第一数字微镜调制器产生，所述第二触发信号由所述第二数字微镜调制器产生；根据所述触发信号以及所述散斑光场采集光强信号；所述光强信号包括第一光强信号以及第二光强信号；所述第一哈达玛矩阵与所述第一光强信号一一对应；所述第二哈达玛矩阵与所述第二光强信号一一对应；根据所述光强信号确定重构图像；所述重构图像包括第一重构图像以及第二重构图像；根据所述重构图像确定图像深度信息；所述图像深度信息包括第一图像深度信息以及第二图像深度信息；所述第一图像深度信息由所述第一重构图像确定，所述第二图像深度信息由所述第二重构图像确定；根据所述图像深度信息确定三维图像。3.根据权利要求2所述的关联成像方法，其特征在于，所述根据所述激光，利用哈达玛矩阵确定多个散斑光场以及触发信号，具体包括：所述处理器产生方波信号；根据所述方波信号，在所述方波信号的方波周期内控制所述第一数字微镜调制器在上升沿工作，并产生第一散斑光场；根据所述方波信号，在所述方波信号的方波周期内控制所述第二数字微镜调制器在下降沿工作，并产生第二散斑光场。4.根据权利要求2所述的关联成像方法，其特征在于，所述根据所述触发信号以及所述散斑光场采集光强信号，具体包括：控制所述第一数字微镜调制器通过第i个所述第一哈达玛矩阵对激光进行调制后向所述桶探测器发送第一触发信号；其中，i≥1；根据所述第一触发信号控制所述桶探测器采集第一光强信号；通过控制时序关闭第一数字微镜调制器；控制所述第二数字微镜调制器通过第j个所述第二哈达玛矩阵对激光进行调制后向所述桶探测器发送第二触发信号；其中，j≥1，i＝j；根据所述第二触发信号控制所述桶探测器采集第二光强信号；通过控制时序关闭第...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨照华，李光汉，孙宇哲，刘雨健，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11