一种基于获取高速运动物体的防抖光学变焦系统的制作方法

1.本发明涉及图像采集技术领域，尤其涉及一种基于获取高速运动物体的防抖光学变焦系统。


背景技术：

2.随着社会现代化的不断发展，在工业生产、交通检测、体育竞速比赛等领域，对于高速运动物体的检测都有很高的要求，进而对高速运动检测识别处理技术也提出更高的技术要求，现有基于高速的单个线阵摄像头进行拍摄图像检测，能实时检测到运动物体；以及基于面阵摄像头的方法对于运动速度不是很快的物体可以实时检测并计算其速度，但是，高速运动物体由于其运动速度高，普通的高速相机对于高速运动物体的检测达不到要求，甚至根本无法检测识别到高速运动的物体，基于单线阵的摄像头能可靠高效的检测到高速运动物体，但是无法实时检测运动物体速度，以满足实际需求；
3.目前，cmos图像传感器被用于红外摄像或3d摄像的静态图像摄取，例如静态的人脸扫描与识别、定点监控等场景下，通常能够获得理想的景深图像，但在针对高速移动目标进行动态图像获取时，由于coms感光曝光阵列扫描时间差，而cmos曝光时间是持续的，使得读取的数据延时造成图像失真，这种失真将导致图像的畸变，造成图像拍摄效果不理想，例如画面模糊或者运动拖尾等现象。
4.因此，我们提出了一种基于获取高速运动物体的防抖光学变焦系统用于解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于获取高速运动物体的防抖光学变焦系统。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于获取高速运动物体的防抖光学变焦系统，包括信号发射模块、信号接收模块、图形成像模块以及稳定台，其中：
7.信号发射模块，包括激光发射器，用于向被摄目标发射多条光信号束，光信号束为激光、红外光、可见光光源发射信号中的一种；
8.激光发射装置用于发射激光束，发射出的部分激光束由信号接收模块接收，信号接收模块接收部分激光束的时间记为t1；其余激光束由远端接收装置接收，远端接收装置接收其余激光束的时间记为t2；对焦模块用于采用公式计算拍摄对象与拍照设备之间的距离s,然后根据计算得到的距离s对拍摄设备进行对焦，其中，v用于表示激光的传输速率。
9.信号接收模块，用于获取针对每个光信号束所在通道的点云信息，通过点云信息确定物体的坐标、位置、方向或角度特征；
10.图形成像模块，用于接收信号接收模块的反射光信号束并将其转换成数字信号输出；
11.稳定台，用于信号发射模块发射光信号束，保证发射光信号束方向的稳定，减缓抖
动、振动对发射光信号装置的影响。
12.优选的，所述信号接收模块和图形成像模块之间设有用于对反射光信号束进行防抖判定、信号滤波、模数转换、增益放大以及复原正确的清除干扰模块。
13.优选的，所述清除干扰模块包括中央处理器，用于接收图形成像模块传送的数字信号，且用于数字信号的裁决，并根据指令要求对数字信号进行分类和结论。
14.优选的，所述信号接收模块包括准直镜头、衍射组件以及光栅组件。
15.优选的，所述准直镜头用于对信号发射模块发射的光信号束进行准直汇聚。
16.进一步的，由于各透镜的折射率随温度的变化率分配合理，能够和镜片本身及结构件带来的热膨胀对焦距的影响相抵消，所以能够实现焦距稳定及适用于不同的温度场合；能够达到温度每变化10摄氏度，该准直镜头的有效焦距变化量小于0.0005mm，以致镜头投射光的角度不生明显变化，不改变原有的光信息。且相比现有技术，在同样尺寸的激光发射器下，可以实现系统的焦距更大，视场角更小，从而更有利于光信号束的算法实现。
17.优选的，所述衍射组件用于对准直后的光信号束进行散射调制，得到散斑图案。
18.衍射光学元件是利用衍射光学原理设计的一种光学元件，通常对特定波长的入射激光，设计表面微纳结构，对激光的能量和相位进行调制，达到所需要的输出衍射图案，分光点阵是衍射光学元件(doe)的一种，其作用是根据目标衍射图案(规则或无规则的点阵)通过衍射作用将一束入射激光分束成多束均匀的出射激光，光线通过衍射光学元件后，会产生多个衍射级次，一般只是关注主衍射级次的光线，其他衍射级次的光线在主衍射级像面上形成杂散光，降低像面的对比度。因此，衍射光学元件的衍射效率直接影响到衍射光学元件的成像质量。
19.优选的，所述光栅组件被设置成将散斑图案进行衍射复制后，扩大投射角度，形成出射到被摄目标的反射光信号束。
20.通过衍射光栅组件将由面光源发出的射向每个子像素的无规则的光转变为多组不同方向的平行光，并用选择器独立控制这些光(各区的光)是否可以射出；由此，该光源设备的每个子像素的出光方向都是可控的，能满足多种显示装置的要求。
21.优选的，所述图形成像模块还包括成像镜头以及设置在成像镜头后方可用于接收通过成像镜头组件的反射光信号束并转换成数字信号输出的光学接收器。
22.为了支持高速数据传输应用(例如,按25gpbs的比特率)的通信要求，当经由电线的链路具有过低带宽时使用光学链路，当使用光学链路用于从第一电子部件传输信号到第二电子部件时，待传输的电信号首先被转换成光学信号，然后该光学信号经由光学发送器被耦合到光纤中并且经由光纤而被传输到第二电子部件，在第二电子部件，光学信号经由光学接收器被接收并且被转换成电信号，然后，经转换的电信号在第二电子部件中被进一步处理，因此通过光学接收器能够快速的将成型的图像进行输出并显示出。
23.优选的，所述激光发射器的数量至少为两个，多个激光发射器均匀在物体周围排列，所述激光发射器发出的光信号束可为点状或线状或环状，间隔保持光源的环绕性连接。
24.优选的，所述稳定台用于信号发射模块的安装，通过在矫正测试中有序地选择使用稳定台，以获取所述信号发射模块光学防抖系统的最佳陀螺增益值，其中最佳的陀螺增益值为信号发射模块、信号接收模块成像效果的平衡点。
25.陀螺增益矫是信号发射模块中最为重要的部分，其全程有四个字节的数据范围，
通过在此范围中快速寻找到最佳增益值进行评估将对后续的生产效率产生深远的影响，通过对若干批次的各信号发射模块进行分析采样得出，各信号发射模块的陀螺增益值其分布范围、最小有效值基本一致，进而，得以在统计得到的数据的基础上，排除无效的陀螺增益范围后，使得对信号发射模块光学防抖系统的最佳陀螺增益值的搜索范围及采样点被大大减小，从而对信号发射模块光学防抖系统的最佳陀螺增益值的搜索效果的效率得以得到明显的提升，综上述，当信号发射模块被进行光学防抖系统的矫正时，对信号发射模块光学防抖系统的最佳陀螺增益值的搜索得以根据信号发射模块的批次及性质等预设有特定的搜索范围，进而明确在搜索信号发射模块光学防抖系统的最佳陀螺增益值的过程中的目标性以提升信号发射模块光学防抖系统的矫正效率。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
27.本发明在可实现微秒级别的每帧成像速度，在物体高速行进中，仍然可以在物体瞬间位移中获得连续的运动物体的各个位点准确距离数据，形成准确的3d测距以及成形能力，基于这些距离数据从而连续重建出不畸变的景深图像，解决现有技术中图像不清晰清晰、拖尾现象；同时结合宽视角的信号投射范围，可以覆盖更加宽阔的成像视野范围。
附图说明
28.图1为本发明提出的一种基于获取高速运动物体的防抖光学变焦系统的示意图。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.参考图1，本实施例中提出了一种基于获取高速运动物体的防抖光学变焦系统，包括信号发射模块、信号接收模块、图形成像模块以及稳定台，其中：
31.信号发射模块，包括激光发射器，用于向被摄目标发射多条光信号束，光信号束为激光、红外光、可见光光源发射信号中的一种；
32.激光发射装置用于发射激光束，发射出的部分激光束由信号接收模块接收，信号接收模块接收部分激光束的时间记为t1；其余激光束由远端接收装置接收，远端接收装置接收其余激光束的时间记为t2；对焦模块用于采用公式计算拍摄对象与拍照设备之间的距离s,然后根据计算得到的距离s对拍摄设备进行对焦，其中，v用于表示激光的传输速率。
33.信号接收模块，用于获取针对每个光信号束所在通道的点云信息，通过点云信息确定物体的坐标、位置、方向或角度特征；
34.图形成像模块，用于接收信号接收模块的反射光信号束并将其转换成数字信号输出；
35.稳定台，用于信号发射模块发射光信号束，保证发射光信号束方向的稳定，减缓抖动、振动对发射光信号装置的影响。
36.具体的，使用移动终端拍摄静态物体(即运动速度为0的物体)时，采用自动曝光模式既可以获得清晰的运动物体的图像，本发明在抓拍运动物体时，由于移动终端以和运动
物体对应的方向和速度移动，实际上相当于拍摄运动速度为0的物体，因此，可以采用自动曝光模式拍摄的第一图像，此时，快门时间为第一快门时间expotime，基于激光发射器的成像原理，当拍摄运动速度越快的物体时，需要设置越短的快门时间，即运动速度和快门时间成反比，具体实施时，快门时间的运动速度的关系可以采用公式t＝b
×
expotime/v表示，其中，expotime是所述第一快门时间，expotime等于自动曝光时拍摄第一图像时的快门时间，v是所述运动物体的运动速度，b是预设调整系数，b大于零；
37.根据预设的运动速度和快门时间的对应关系，确定所述运动物体的运动速度对应的第二快门时间的步骤，包括：根据预设的第一快门时间、运动速度，以及第二快门时间的对应表确定所述运动物体的运动速度对应的第二快门时间。基于前述的预设调整系数b的方法，可以预先建立快门时间和所述运动物体的运动速度的对应关系表，在抓拍运动物体时，根据确定的所述运动物体的运动速度，查找预设对应关系表，确定所述运动物体的运动速度对应的快门时间。
38.进一步的，根据点云信息获取被摄目标的景深图像，在激光发射器的结构端前加入基于近晶相铁电液晶的超高速光阀，实现微秒级别的每帧成像速度，尤其是在对高速移动目标的图像获取过程中，通过图形成像模块的曝光，以实现对高速移动过程中获得连续的图像，形成准确的3d测距以及成形的能力；
39.进一步的，当检测到物体时，光信号由于物体阻隔，或者由于抖动或振动导致光信号消失，此时信号接收模块会启动判定方法，可理解为，当物体出现抖动或振动时启动防抖，判定消除干扰，触发感应机制，稳定台将带动信号发射模块和抖动或振动的物体同步运动，因此，可以消除抖动或振动造成的检测误差。
40.信号接收模块和图形成像模块之间设有用于对反射光信号束进行防抖判定、信号滤波、模数转换、增益放大以及复原正确的清除干扰模块。
41.清除干扰模块包括中央处理器，用于接收图形成像模块传送的数字信号，且用于数字信号的裁决，并根据指令要求对数字信号进行分类和结论。
42.信号接收模块包括准直镜头、衍射组件以及光栅组件。
43.准直镜头用于对信号发射模块发射的光信号束进行准直汇聚。
44.具体的，由于各透镜的折射率随温度的变化率分配合理，能够和镜片本身及结构件带来的热膨胀对焦距的影响相抵消，所以能够实现焦距稳定及适用于不同的温度场合；能够达到温度每变化10摄氏度，该准直镜头的有效焦距变化量小于0.0005mm，以致镜头投射光的角度不生明显变化，不改变原有的光信息。且相比现有技术，在同样尺寸的激光发射器下，可以实现系统的焦距更大，视场角更小，从而更有利于光信号束的算法实现。
45.衍射组件用于对准直后的光信号束进行散射调制，得到散斑图案。
46.具体的，衍射光学元件是利用衍射光学原理设计的一种光学元件，通常对特定波长的入射激光，设计表面微纳结构，对激光的能量和相位进行调制，达到所需要的输出衍射图案，分光点阵是衍射光学元件(doe)的一种，其作用是根据目标衍射图案(规则或无规则的点阵)通过衍射作用将一束入射激光分束成多束均匀的出射激光，光线通过衍射光学元件后，会产生多个衍射级次，一般只是关注主衍射级次的光线，其他衍射级次的光线在主衍射级像面上形成杂散光，降低像面的对比度。因此，衍射光学元件的衍射效率直接影响到衍射光学元件的成像质量。
47.光栅组件被设置成将散斑图案进行衍射复制后，扩大投射角度，形成出射到被摄目标的反射光信号束。
48.图形成像模块还包括成像镜头以及设置在成像镜头后方可用于接收通过成像镜头组件的反射光信号束并转换成数字信号输出的光学接收器。
49.激光发射器的数量至少为两个，多个激光发射器均匀在物体周围排列，激光发射器发出的光信号束可为点状或线状或环状，间隔保持光源的环绕性连接。
50.具体的，可以将单个将激光发射器设置于物体的正前面，也可以采用多个激光发射器，将多个激光发射器均匀间隔环绕设置在物体的周围，光信号束形状上可以选择点状、线状、环状光源，选用时也可选择激光或红外光或可见光光源，激光发射器可以装配光学器件提高光信号束的强度，便于信号接收模块准确的感应到光信号束在物体运动时的变化。
51.稳定台用于信号发射模块的安装，通过在矫正测试中有序地选择使用稳定台，以获取信号发射模块光学防抖系统的最佳陀螺增益值，其中最佳的陀螺增益值为信号发射模块、信号接收模块成像效果的平衡点。
52.具体的，陀螺增益矫是信号发射模块中最为重要的部分，其全程有四个字节的数据范围，通过在此范围中快速寻找到最佳增益值进行评估将对后续的生产效率产生深远的影响，通过对若干批次的各信号发射模块进行分析采样得出，各信号发射模块的陀螺增益值其分布范围、最小有效值基本一致，进而，得以在统计得到的数据的基础上，排除无效的陀螺增益范围后，使得对信号发射模块光学防抖系统的最佳陀螺增益值的搜索范围及采样点被大大减小，从而对信号发射模块光学防抖系统的最佳陀螺增益值的搜索效果的效率得以得到明显的提升，综上述，当信号发射模块被进行光学防抖系统的矫正时，对信号发射模块光学防抖系统的最佳陀螺增益值的搜索得以根据信号发射模块的批次及性质等预设有特定的搜索范围，进而明确在搜索信号发射模块光学防抖系统的最佳陀螺增益值的过程中的目标性以提升信号发射模块光学防抖系统的矫正效率。
53.以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。