三维成像系统及成像方法与流程

1.本发明一般涉及成像技术领域，尤其涉及一种三维成像系统及成像方法。


背景技术：

2.随着激光发射模组的研究深入以及应用需求的拓展，利用光学原理进行激光三维成像具有很高的精度、较低的成本以及较快的设备响应速度，使得其引起广泛了关注。
3.在光学三维成像系统中，核心部件为激光发射模组，目前业内主要采用垂直腔面激光发射器(vcsels)，其主要用于向目标空间投射调制光，通过接收相机获取调制光的信息并对其特性进行分析，最终形成有效的深度信息图。
4.目前三维成像系统在户外的情形下，由于环境中存在的大量干扰光线，且发射器角度较大，导致三维成像系统的信噪比低，光能衰减快，使得三维成像系统的探测精度和效果差。


技术实现要素：

5.鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种三维成像系统及成像方法，通过增加偏振光探测功能，以过滤环境干扰，提高系统的信噪比。
6.第一方面，提供一种三维成像系统，该系统包括至少一个光学接收模块及至少一个光学发射模块；
7.该光学发射模块包括可拆卸连接的光学发射器及光学整形模组；
8.该光学接收模块包括可拆卸连接的光学接收器及检偏器，该检偏器用于通过与该光学发射器的偏振方向一致的偏振光；
9.该光学发射器用于向目标探测物发射偏振光，该光学接收器用于接收从该目标探测物反射后经过该偏振器后的该偏振光。
10.本技术的一个实施例或者多个实施例中，该光学发射器发射至少一种偏振方向的偏振光，该检偏器通过至少一种偏振方向的偏振光。
11.本技术的一个实施例或者多个实施例中，该检偏器设置为单区或单区以上结构，每个区通过一个方向的偏振光。
12.本技术的一个实施例或者多个实施例中，该光学发射器设置为单区或单区以上结构，每个区发射一个方向的偏振光。
13.本技术的一个实施例或者多个实施例中，该光学整形模组包括模组组装壳及扩散片，该扩散片可拆卸的安装在该模组组装壳内。
14.该光学整形模组包括模组组装壳、光学透镜及衍射器件，该光学透镜及该衍射器件可拆卸的安装在该模组组装壳内，且该光学透镜靠近该三维成像系统中的该光学发射器。
15.本技术的一个实施例或者多个实施例中，该光学整形模组包括模组组装壳、第一光学透镜、第二光学透镜及衍射器件，该第一光学透镜、该第二光学透镜及该衍射器件可拆
卸的安装在该模组组装壳内，且该第一光学透镜靠近该三维成像系统中的该光学发射器。
16.第二方面，本技术实施例提供一种使用如上述第一方面所述的三维成像系统进行成像的三维成像方法，该方法用于该方法包括：
17.开启光学接收模块；
18.将光学接收模块中的检偏器的偏振方向调整为与当前的环境光中弱的偏振光的偏振方向一致；
19.将光学发射模块的偏振方向调整为与该检偏器的偏振方向一致。
20.综上所述，本技术实施例提供的一种三维成像系统及成像方法，通过设置向目标探测物发射偏振光的光学发射模块，以及利用检偏器接收与光学发射模块所发射的偏振方向一致的偏振光，从而有效的抑制了环境中的其他干扰光，提高了成像系统的信噪比，提升了成像系统的探测精度及探测距离。
附图说明
21.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
22.图1为本技术实施例的三维成像原理示意图；
23.图2为本技术实施例的光学接收模块的结构示意图；
24.图3为本技术实施例的光学发射模块的结构示意图；
25.图4为本技术实施例的检偏器的结构示意图；
26.图5为本技术又一实施例的检偏器的结构示意图；
27.图6为本技术又一实施例的检偏器的结构示意图；
28.图7为本技术实施例的光学发射器的结构示意图；
29.图8为本技术又一实施例的光学发射器的结构示意图；
30.图9为本技术又一实施例的光学发射器的结构示意图；
31.图10为本技术实施例的光学整形模组的结构示意图；
32.图11为本技术又一实施例的光学整形模组的结构示意图；
33.图12为本技术又一实施例的光学整形模组的结构示意图；
34.图13为本技术实施例的三维成像方法的流程示意图。
35.附图标记说明：
36.1-光学接收模块，11-光学接收器，12-检偏器，2-光学发射模块，21-光学发射器，22-光学整形模组，221-模组组装壳，222-扩散片，223-光学透镜，224-衍射器件，3-目标探测物。
具体实施方式
37.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
38.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
39.可以理解，三维成像系统在户外情况下，通过发射调制过的光线到探测物体上，如通常的可见光或者红外光，接收探测物体反射的调制光线来对物体特征形貌进行探测。由于环境中存在的大量干扰光线，将对目标探测物反射光进行干扰，使得光接收装置精度降低。
40.本技术为了降低环境光的干扰，考虑到偏振片对特地偏振方向光的通过性能，以及过滤性能，通过在光学发射模块以及光学接收模块中增加偏振片，使得光学发射模块发射出特定偏振方向的偏振光，进而调制光学接收模块中的偏振片，使得光学接收模块中的偏振片的偏振方向与光学发射模块发射的偏振光的偏振方向一致，从而能够精确的探测到从目标探测物反射回来的与光学发射模块发射的偏振光的偏振方向一致的偏振光，有效过滤到其他的环境中的干扰光，极大的提高探测装置的信噪比，提高探测精度以及探测距离。
41.为了更好的理解和说明本技术实施例提供的三维成像系统及成像方法，下面通过图1至图13详细阐述。
42.图1为本技术实施例的三维成像系统的原理示意图，如图1所示，该三维成像系统包括：
43.包括至少一个光学接收模块1及至少一个光学发射模块2；该光学发射模块2包括可拆卸连接的光学发射器21及光学整形模组22；该光学接收模块1包括可拆卸连接的光学接收器11及检偏器12，该检偏器12用于通过与该光学发射器的偏振方向一致的偏振光；该光学发射器用于向目标探测物3发射偏振光，该光学接收器用于接收从该目标探测物反射后经过该检偏器12后的偏振光。
44.具体的，本技术实施例中的光学接收模块1以及光学发射模块2，通过增加偏振装置，如偏振片，使得光学发射模块向目标探测物发射具有一定偏振方向的激光，以及光学接收模块对应接收从目标探测物反射后的，与光学发射模块所发射激光的偏振方向一致的偏振光，实现目标探测物的准确探测，完成对目标探测物的三维成像。
45.如图2所示，本技术实施例的光学接收模块可以包括光学接收器及与该光学接收器可拆卸连接的检偏器。
46.可以理解，该检偏器可以为设置在光学接收前的偏振片，并且可以通过旋转偏振片的方向，来改变通过的偏振光的方向。
47.如图3所示，本技术实施例的光学发射模块可以包括光学发射器器及与该光学发射器可拆卸连接的光学整形模组，该光学发射器发射处的偏振光，经过光学整形模组调制后，形成稳定均匀大范围激光，以对目标探测物进行探测。
48.可以理解，本技术实施例提供的三维成像系统，可由多种方式实现，例如结构光、tof、lidar等。本技术对此不做限制。
49.本技术实施例通过设置偏振发射激光器和带检偏特性的接收器，可使得系统具有接收和发射特定偏振方向光线得特性。
50.可以理解，当外界的自然光照射到大部分物体的表面时，由于物体本身的特性，使得反射的光具有部分偏振性。则本技术实施例中的带检偏特性的接收器，以过滤掉自然光反射中的大部分偏振光线过滤掉，并且采用与其垂直方向的偏振光作为发射器，可大幅提高探测装置的信噪比，提高探测精度以及探测距离。
51.可选的，本技术实施例中的光学发射器可以发射至少一种偏振方向的偏振光，对
应的，该检偏器可以通过至少一种偏振方向的偏振光。
52.例如，如图4至图6所示的检偏器的结构示意图，该检偏器可以设置为单区或单区以上的结构，如四区结构、两区结构或者单区结构。
53.可以理解，图中的箭头方向表示偏振光的偏振方向，即每个区对应一个方向的偏振光，即每个区能够通过一个方向的偏振光。
54.如图4所示的四区结构，可以通过四个不同方向的偏振光，如图5所示的两区结构，可以通过水平及竖直的两个方向的偏振光；图6所示的单区结构，可以通过竖直方向的偏振光。
55.可选的，本技术实施例提供的三维成像系统中，该光学接收器可以为ccd、cmos以及其他光学探测装置，该光学发射器可以为vcsel，本技术对此不做限制。
56.又例如，如图7至图9所示的光学发射器所发射的偏振光的偏振方向，该光学发射器所用的发射芯片，同样可以设置为单区或单区以上的结构，如四区结构、两区结构或者单区结构。
57.可以理解，同样的，图中的箭头表示偏振光的偏振方向，则每个区发射一个方向的偏振光。
58.如图7所示，该设置的光学发射器可以发出四种不同偏振方向的偏振光，如图8所示，该设置的光学发射器可以发出水平和竖直两个偏振方向的偏振光，如图9所示，该设置的光学发射器可以发出竖直方向的偏振光。
59.可以理解，对于光学发射器的发射光的偏振方向的设置，以及光学接收器中检偏器的偏振方向，可以根据实际情况设置，本技术对此不做限制。
60.可选的，本技术实施例中，为了增大发射光的探测范围，在光学发射器的出口处设置有光学整形模组，以根据探测需要将发射光整形成特定形貌的光场，实现对发射光的调制。
61.例如，对于tof来说，可整形成均匀发散光；对于散斑结构光来说，可整形成散斑光场。
62.如图10至图12所示，本技术实施例中的光学整形模组，在不同的场景下，设置为不同的结构。
63.例如，如图10所示，当在基于tof原理的探测场景下，该光学整形模组22可以包括模组组装壳221及扩散片222，该扩散片可拆卸的安装在该模组组装壳内，使得发射器所发射的激光，在通过扩散片时，能够利用扩散片对发射光进行调制，整形成均匀发散光。
64.又例如，如图11及如图12所示，当在基于结构光进行探测的场景下，该光学整形模组22可以包括模组组装壳221、光学透镜223及衍射器件224。该光学透镜及该衍射器件可拆卸的安装在该模组组装壳内，且该光学透镜靠近该三维成像系统中的该光学发射器，使得发射器所发射的激光，在通过光学透镜223及衍射器件224时，以利用光学透镜及衍射器件对发射光进行调制，整形成散斑光场。
65.或者，还可以设置为包括模组组装壳221、衍射器件224及两个光学透镜223，如第一光学透镜、第二光学透镜，该第一光学透镜、该第二光学透镜及该衍射器件可拆卸的安装在该模组组装壳内，且该第一光学透镜靠近该三维成像系统中的该光学发射器，使得发射器所发射的激光，在通过衍射器件224及两个光学透镜223时，以利用两个光学透镜及衍射
器件对发射光进行调制整形成散斑光场。
66.本技术实施例提供的三维成像系统，通过在光学发射模块以及光学接收模块中增加偏光片，使得光学发射模块发射处一种或一种以上方向的偏振光，并利用光学整形模组对发射光进行调制，以增大探测范围，进而使得光学接收模块能够利用偏振片，过滤掉环境中的其他干扰光，有效探测到目标探测所反射的偏振光，提高了三维成像系统的准确度，提高了探测距离，降低了系统的信噪比。
67.另一方面，本技术实施例还提供一种三维成像方法，该方法使用上述实施例中记载的三维成像系统。
68.如图13所示，该方法可以包括：
69.s110，三维成像系统初始化；
70.s120，关闭光学发射模块，开启光学接收模块；
71.s130，调整光学接收模块的偏振片的偏振方向，将偏振方向调整为与当前的环境光中弱的偏振光的偏振方向一致。
72.s140，开启光学发射模块，将光学发射模块的偏振方向调整为与所述检偏器的偏振方向一致。
73.s150，开始目标探测物的信息探测。
74.具体的，在实际使用时，首先打开系统中的光学接收模块，调整接收偏振光方向，对环境光进行标定。记录接收到的环境光最弱的偏振方向，并将发射模块调整为该偏振光方向，开始后续测量步骤。该方法可最大限度降低环境干扰，提高设备信噪比，因此在室外高干扰的情况下依然能够稳定工作。
75.综上所述，本技术实施例提供的一种三维成像系统及三维成像方法，通过设置向目标探测物发射偏振光的光学发射模块，以及利用检偏器唯一接收与光学发射模块所发射的偏振方向一致的偏振光，从而有效的抑制了环境中的其他干扰光，提高了成像系统的信噪比，提升了成像系统的探测精度及探测距离。
76.需要说明的是，本文中若有涉及术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度、“厚度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
77.在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
78.除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
79.以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术
方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。