一種基於仿人眼視覺機理的雷射三維成像系統的製作方法
2023-05-27 09:27:41 1
一種基於仿人眼視覺機理的雷射三維成像系統的製作方法
【專利摘要】本發明屬於雷射三維成像領域，特別是涉及一種基於仿人眼視覺機理的雷射三維成像方系統。該系統包括觸發器、脈衝雷射器、發射光學模塊、非均勻採集模塊、信號處理模塊、顯示器。採用非均勻採集模塊，目標經脈衝雷射器照射後，反射或散射的脈衝回波依次經過第一鏡片、第二鏡片、第三鏡片，成像在探測器陣列板上；探測器陣列板由一系列獨立的探測器組成，每環探測器數量相同，排列成環狀，環環相切，且相鄰像素之間相切，每環所在圓環半徑成指數增長，且每環探測器的光斑面積隨指數增加，實現對目標進行解析度可變的採集；探測器陣列將光信號轉換成電信號，由信號處理模塊按照「環」選通的方式按照由內環向外環依次讀出。實現快速、高效的傳輸數據。
【專利說明】一種基於仿人眼視覺機理的雷射三維成像系統【技術領域】
[0001]本發明屬於雷射三維成像領域，特別是涉及一種基於仿人眼視覺機理的雷射三維成像系統。
【背景技術】
[0002]隨著高新技術的飛速發展，三維視覺傳感器因能夠獲取大量且實時的目標信息而廣泛的應用於機器視覺、圖像監控、智能導航等領域。相比較傳統的二維視覺傳感器而言，雷射三維成像不僅能夠提供目標強度像，而且還能提供目標的距離信息，因此對目標的描述更加豐富、準確。但目前的高靈敏度探測器受到工藝制約，難以實現大面陣。因此目前仍以掃描成像為主，使得成像效率難以提高，無法滿足實時性的需求，具體表現在三方面:
(I)成像效率無法滿足需求。掃描方式主要是通過掃描機構對目標進行多次成像，然後疊加的一種成像方式，這種方式需要若干次掃描才能完成一幅圖像的獲取，雖然解析度可以通過增加掃描次數提高，但是成像效率較慢，無法滿足實時性的需求。(2)體積龐大，重量難以降低。目前的掃描機構多以機械結構為主，對於較大範圍的成像勢必需要掃描範圍更大的結構，導致系統集成度下降，難以實 現小型化。(3)解析度較低。由於受加工工藝的制約，難以形成高靈敏、大面陣探測器陣列，因此，難以滿足高解析度成像需求。據調研，人眼視網膜具有非均勻採樣特性，且視覺傳輸能夠有效降低數據冗餘，有利於快速成像，這為解決以上問題提供了一種新方法。首先，人眼視網膜結構為非均勻排列，視網膜中的神經元由內向外逐漸減少，這使得視網膜中央可以更精細的分辨目標，周邊粗略的描述目標，因此，可以對感興趣區域高解析度成像，對非感興趣區域粗略觀察；其次，人眼視網膜與大腦皮層近似對數極坐標映射，使其對視網膜外圍區域具有很好的數據壓縮特性，滿足數據實時傳輸的需求；最後，人眼視網膜為面陣成像，無需掃描機構，可減輕系統質量，有利於系統小型化。
[0003]因此，本專利提出一種基於仿人眼視覺基理的脈衝雷射三維成像系統，通過設計仿人眼視網膜的面陣結構，實現大視場、高解析度、快速的雷射三維成像。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是為了解決傳統雷射三維成像存在的解析度低、成像速度慢，結構體積龐大等問題，提供一種仿人眼視覺基理的雷射三維成像系統。
[0005]本發明的目的是通過下述技術方案實現的。
[0006]一種基於仿人眼視覺基理的雷射三維成像系統，包括觸發器、脈衝雷射器、發射光學模塊、非均勻採集模塊、信號處理模塊、顯示器。
[0007]連接關係:
[0008]觸發器向脈衝雷射器發送觸發信號，脈衝雷射器發出雷射脈衝，經過發射光學模塊後，照射到目標，經過目標反射或散射的回波被非均勻採集模塊接收，經過信號處理模塊處理後，在顯示器上顯示圖像。
[0009]其中，非均勻採集模塊包括壓圈、第一鏡片、第一隔圈，第二鏡片，第二隔圈、第三鏡片、固定架、緊定螺釘、探測器陣列板、探測器陣列架、框架、滾花螺釘。
[0010]連接關係:
[0011]固定架用於放置第一鏡片、第一隔圈、第二鏡片、第二隔圈、第三鏡片，並且在固定架的前端留有螺紋，與壓圈螺接。首先，第三鏡片放入固定架中，其次，沿軸線方向依次放入第二隔圈、第二鏡片、第一隔圈、第一鏡片，使其相互緊靠，最後，將壓圈旋入固定架預留的螺紋，壓住第一鏡片，從而使得壓圈，第一鏡片、第一隔圈、第二鏡片、第二隔圈、第三鏡片、固定架形成一整體，稱之為成像物鏡。固定架的後方留有唇邊，與框架形成滑動配合，探測器陣列板粘固在探測器陣列架上，形成整體，將其沿軸向放入框架中，框架留有「 I 」型槽，且探測器陣列架留有螺孔，當螺孔處於「 I 」型槽時，將滾花螺釘旋入探測器陣列架的螺孔中，使得探測器陣列架相對於框架可以沿軸向運動；當成像物鏡的像面與探測器陣列板重合時，將緊定螺釘旋入框架的螺孔中，壓住固定架的唇邊，同時旋緊滾花螺釘，緊固探測器陣列架。
[0012]一種基於仿人眼視覺基理的雷射三維成像系統，採用非均勻採集模塊，目標經脈衝雷射器照射後，反射或散射的脈衝回波依次經過第一鏡片、第二鏡片、第三鏡片，成像在探測器陣列板上，探測器陣列板由一系列獨立的探測器組成，每環探測器數量相同，排列成環狀，環環相切，且相鄰像素之間相切，每環所在圓環半徑成指數增長，且每環探測器的光斑面積隨指數增加，因此能夠實現對目標進行解析度可變的採集，探測器陣列將光信號轉換成電信號，由信號處理模塊按照「環」選通的方式按照由內環向外環依次讀出。實現了仿人眼視覺傳輸基理，從而能夠實現快速、高效的傳輸數據。
[0013]有益效果:
[0014](I)本發明提出的一種基於仿人眼視覺機理的雷射三維成像系統，基於仿人眼視網膜結構，採用空間解析度可變的方式對目標進行採樣，兼顧大視場與高解析度等優點；
[0015](2)本發明提出的一種基於仿人眼視覺機理的雷射三維成像系統，採用環形讀出信號的數據處理模塊，實現對數極坐標映射，具有尺度與旋轉不變的特性，同時還具有壓縮冗餘數據的優點，有利於高速、實時的大數據量處理場合；
[0016](3)本發明提出的一種基於仿人眼視覺機理的雷射三維成像系統，通過峰值鑑別法提取脈衝發射與接收的終止與起始時刻，計算出系統與目標之間的距離，從而實現了距離像的獲取，有利於豐富對目標的描述；
[0017](4)本發明提出的一種基於仿人眼視覺機理的雷射三維成像系統，能夠對感興趣區域高解析度觀察，避免了目前探測器陣列因工藝制約而無法高解析度成像的缺點，同時有效克服傳統掃描方式體積龐大，掃描效率低的缺點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明系統原理圖；
[0019]圖2為本發明採集模塊系統結構圖；
[0020]圖3為本發明採集模塊連接圖；
[0021]圖4為本發明探測器陣列布局圖；
[0022]圖5為峰值鑑別原理圖；
[0023]其中，1-觸發器、2-脈衝雷射器、3-發射光學模塊、4-目標、5-非均勻米集模塊、6-信號處理模塊、7-顯不器、8-壓圈、9-第一鏡片、10-第一隔圈、11-第二鏡片、12-第二隔圈、13-第三鏡片、14-固定架、15-緊定螺釘、16-探測器陣列板、17-探測器陣列架、18-框架、19-滾花螺釘、20-盲孔區域圓環、21-第一環像素所在圓環、22-第二環像素所在圓環、23-第三環像素所在圓環、24-第i環像素所在圓環、25-第M環像素所在圓環、26-盲孔區域、27-第一環像素直徑、28-第二環像素直徑、29-第三環像素直徑、30-第i環像素直徑、31-第M環像素直徑、32-起始脈衝、33-起始時刻、34-終止時刻、35-脈衝回波。
【具體實施方式】
[0024]以下結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行說明。
[0025]一種基於仿人眼視覺基理的雷射三維成像系統，包括觸發器1，脈衝雷射器2，發射光學模塊3，非均勻採集模塊5，信號處理模塊6，顯示器7。
[0026]系統原理:如圖1所示，圖中的虛線為光波信號，實線為電信號，觸發器I向脈衝雷射器2發送觸發信號，脈衝雷射器2發出雷射脈衝，經過發射光學模塊3後，照射到目標4，經過目標4反射或散射的回波被非均勻採集模塊5接收，經過信號處理模塊6處理後，在顯示器7上顯示圖像。
[0027]其中，觸發器1、脈衝雷射器2、發射光學模塊3為常規的結構裝置，非本專利論述重點。非均勻採集模塊5的結構如圖2所示，包括壓圈8、第一鏡片9、第一隔圈10，第二鏡片11，第二隔圈12、第三鏡片13、固定架14、緊定螺釘15、探測器陣列板16、探測器陣列架17、框架18、滾花螺釘19。
[0028]連接關係見圖3，
[0029]固定架14用於放置第一鏡片9、第一隔圈10、第二鏡片11、第二隔圈12、第三鏡片13，並且在固定架14的前端留有螺紋，與壓圈8螺接。先將第三鏡片13放入固定架14中，然後，沿軸線方向依次放入第二隔圈12、第二鏡片U、第一隔圈10、第一鏡片9，使其相互緊靠，再將壓圈8旋入固定架14預留的螺紋，壓住第一鏡片9，從而使得壓圈8、第一鏡片9、第一隔圈10、第二鏡片11、第二隔圈12、第三鏡片13、固定架14形成一整體，稱之為成像物鏡。固定架14的後方留有唇邊，與框架18形成滑動配合，探測器陣列板16粘固在探測器陣列架17上，形成整體，將其沿軸向放入框架18中，框架18留有「I」型槽，且探測器陣列架17留有螺孔，當螺孔處於「I」型槽時，將滾花螺釘19旋入探測器陣列架17的螺孔中，使得探測器陣列架17相對框架18可以沿軸向運動；當成像物鏡的像面與探測器陣列板16重合時，將緊定螺釘15旋入框架18的螺孔中，壓住固定架14的唇邊，同時旋緊滾花螺釘19，緊固探測器陣列架17，以上完成採集模塊連接。
[0030]其中，探測器陣列板16上的探測器布局結構如圖4所示，由M環，每環N個像素組成，排布成環狀，且相鄰像素之間相切，圖4中，盲孔區域26位於探測器陣列的中央，設盲孔區域圓環20的半徑為IV第一環像素所在圓環21的半徑為η，第二環像素所在圓環22的半徑r2，第三環像素所在圓環23的半徑r3，第i環像素所在圓環24的半徑巧，第M環像素所在圓環25的半徑rM，第一環像素27的直徑D1,第二環像素28的直徑D2,第三環像素29的直徑D3，第i環像素30的直徑Di,第M環像素31的直徑，各環半徑的增長因子為q，以上參數滿足下式:
【權利要求】
1.一種基於仿人眼視覺基理的雷射三維成像系統，其特徵在於:包括觸發器(1)，脈衝雷射器(2 ),發射光學模塊(3 ),非均勻米集模塊(5 ),信號處理模塊(6 ),顯不器(7 )；觸發器(I)向脈衝雷射器(2 )發送觸發信號，脈衝雷射器(2 )發出雷射脈衝，經過發射光學模塊(3 )後，照射到目標，經過目標反射或散射的回波被非均勻採集模塊(5)接收，經過信號處理模塊(6)處理後，在顯示器(7)上顯示圖像； 所述非均勻採集模塊(5)，包括壓圈(8)、第一鏡片(9)、第一隔圈(10)，第二鏡片(11)，第二隔圈(12)、第三鏡片(13)、固定架(14)、緊定螺釘(15)、探測器陣列板(16)、探測器陣列架(17)、框架(18)、滾花螺釘(19)。 連接關係: 固定架(14)用於放置第一鏡片(9)、第一隔圈(10)、第二鏡片(11)、第二隔圈(12)、第三鏡片(13)，並且在固定架(14)的前端留有螺紋，與壓圈(8)螺接；先將第三鏡片(13)放入固定架(14)中，然後，沿軸線方向依次放入第二隔圈(12)、第二鏡片(11)、第一隔圈(10)、第一鏡片(9)，使其相互緊靠，最後，將壓圈(8)旋入固定架(14)預留的螺紋，壓住第一鏡片(9)，從而使得壓圈(8)、第一鏡片(9)、第一隔圈(10)、第二鏡片(11)、第二隔圈(12)、第三鏡片(13)、固定架(14)形成一整體，稱之為成像物鏡；固定架(14)的後方留有唇邊，與框架(18)形成滑動配合，探測器陣列板(16)粘固在探測器陣列架(17)上，形成整體，將其沿軸向放入框架(18)中，框架(18)留有「I」型槽，且探測器陣列架(17)留有螺孔，當螺孔處於「 I 」型槽時，將滾花螺釘(19)旋入探測器陣列架(17)的螺孔中，使得探測器陣列架(17)相對框架(18)可以沿軸向運動；當成像物鏡的像面與探測器陣列板(16)重合時，將緊定螺釘(15)旋入框架(18)的螺孔中，壓住固定架(14)的唇邊，同時旋緊滾花螺釘(19)，緊固探測器陣列架(17)。
2.一種基於仿人眼視覺基理的雷射三維成像方法，其特徵在於:所述非均勻採集模塊(5)的採集方法是目標經脈衝雷射器脈照射後，反射或散射的脈衝回波依次經過第一鏡片(9)、第二鏡片(11)、第三鏡片(13)，成像在探測器陣列板(16)上，探測器陣列板(16)由一系列獨立的探測器組成，每環探測器數量相同，排列成環狀，環環相切，且相鄰像素之間相切，每環所在圓環半徑成指數增長，且每環探測器的光斑面積隨指數增加，因此能夠實現對目標進行解析度可變的採集，探測器陣列將光信號轉換成電信號，由信號處理模塊按照「環」選通的方式按照由內環向外環依次讀出，實現快速、高效的傳輸數據。
【文檔編號】G01S17/89GK103760570SQ201410055334
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年2月18日 優先權日:2014年2月18日
【發明者】郝群, 曹傑, 曹峰梅, 穆嘉星, 許建春, 閆磊 申請人:北京理工大學