CN109100740A - 一种三维图像成像装置、成像方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维图像成像装置、成像方法及***。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。采用本发明所提供的三维图像成像装置、成像方法及***能够提高三维关联成像的成像精度。

Description

一种三维图像成像装置、成像方法及***

技术领域

本发明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***。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。

背景技术

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。

发明内容

本发明的目的是提供一种三维图像成像装置、成像方法及***，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，本发明提供了如下方案：

一种三维图像成像装置，包括：两个子发射***、桶探测器以及处理器；所述子发射***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***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***、桶探测器以及处理器；所述子发射***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***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，P_M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，x_M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，P_K为第二图像深度信息， x_K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***，包括：

激光发射模块，用于发射激光；

散斑光场及触发信号确定模块，用于根据所述激光，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；

光强信号采集模块，用于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；

重构图像确定模块，用于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；

图像深度信息确定模块，用于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；

三维图像确定模块，用于根据所述图像深度信息确定三维图像。

可选的，所述散斑光场及触发信号确定模块具体包括：

方波信号产生单元，用于产生方波信号；

第一散斑光场产生单元，用于根据所述方波信号，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；

第二散斑光场产生单元，用于根据所述方波信号，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，所述光强信号采集模块具体包括：

第一触发信号发送单元，用于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；

第一光强信号采集单元，用于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；

第一关闭单元，用于通过控制时序关闭第一数字微镜调制器；

第二触发信号发送单元，用于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；

第二光强信号采集单元，用于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；

第二关闭单元，用于通过控制时序关闭第二数字微镜调制器。

可选的，所述图像深度信息确定模块具体包括：

第一图像深度信息确定单元，用于根据公式确定第一图像深度信息；其中，P_M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，x_M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；

第二图像深度信息确定单元，用于根据公式确定第二图像深度信息；其中，P_K为第二图像深度信息，x_K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。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：采用本发明所提供的一种三维图像成像装置、成像方法及***，通过两套子发射***，采用两个数字微镜调制器对激光进行调制，数字微镜调制器每进行一次调制(即：通过不同的哈达玛矩阵进行调制)，就会给桶探测信号发送一个触发信号，再由所述桶探测器采集光强信号，与无论何时都在被动接收不同深度物体反射光的现有技术相比，本申请根据触发信号以及哈达玛矩阵对光强信号进行采集，无需考虑时间因素对光强的影响，对探测器的速度要求低，由于本申请设置有两套子发射***，相当于基于双目视觉的成像装置，根据两幅重构图像上的像素点确定物体的深度信息更加精准，从而大大提高了三维图像成像精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的三维图像成像装置结构图；

图2为本发明所提供的一次循环工作时序图；

图3为本发明所提供的哈达玛矩阵示意图；

图4为本发明所提供的三维图像成像方法流程图；

图5为本发明所提供的屏幕散斑光场示意图；

图6为本发明所提供的数字微镜调制器所在的光场图；

图7为本发明所提供的成像***俯视图；

图8为本发明所提供的三维图像成像装置实验图；

图9为本发明所提供的第一数字微镜调制器的第一重构图像的；

图10为本发明所提供的第二数字微镜调制器的第二重构图像；

图11为本发明所提供的三维图像成像***结构图。

具体实施方式

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。

本发明的目的是提供一种三维图像成像装置、成像方法及***，能够确定被测目标物体的图像深度信息，提高三维图像成像精度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明所提供的三维图像成像装置结构图，如图1所示，一种三维图像成像装置，包括：两个子发射***、桶探测器以及处理器；所述子发射***包括数字微镜调制器，所述数字微镜调制器包括第一数字微镜调制器1以及第二数字微镜调制器2，处理器3、光学分束器4、激光器5、传输光纤6、扩束透镜组7；所述两个子发射***共用所述处理器3、所述激光器5以及所述桶探测器8；所述处理器4用于控制所述第一数字微镜调制器1以及所述第二空间调2制器产生散斑光场并控制所述第一数字微镜调制器1、所述第二数字微镜调制器2以及所述桶探测器8同步；

所述子发射***为激光发射***，具体工作方式为：激光光源发射激光经过后经过所述光学分束器4内的1/2分束镜分束为两束相同的光束耦合进入传输光纤6，通过传输光纤6并被扩束透镜组7扩束后投射到数字微镜调制器 (Digital Micromirror Device，DMD)上，经过DMD调制的光场散斑光场被投射到位于所述第一数字微镜调制器1以及所述第二数字微镜调制器2成像面上的物体上。

桶探测器为激光接收***，具体工作方式为：接收***通过处理器内部的同步模块与两个子发射***分别同步，两个子发射***的DMD每进行一次调制，就会给10桶探测器一个触发信号，接收到触发信号以后接收***就会进行一次光信号接收。

处理器包括数据同步单元和数据控制及处理单元。具体工作方式为：数据同步及处理单元首先是通过内部时钟实现两个DMD分时复用，如图2所示，首先控制两个DMD分别与桶探测器同步，然后接受单光子探测器信号进行处理重构。首先处理器将m个哈达玛hadamard矩阵分别加载到两个DMD的板载内存，然后，如图3所示，控制第一数字微镜调制器通过第一个hadamard 矩阵对激光进行调制，并投射到位于第一数字微镜调制器以及第二数字微镜调制器成像面的物体上，DMD进行调制后会给探测器一个高电平触发信号，桶探测器接收到触发信号以后会进行一次采集，桶探测器只采集接收到的光强信号，采集结束后传输到处理器进行存储，采集结束后处理器会通过控制时序关闭第一数字微镜调制器。

处理器再通过控制第二数字微镜调制器通过第一个相同的hadamard矩阵对激光进行调制，并投射到位于第一数字微镜调制器以及第二数字微镜调制器成像面物体上，DMD进行调制后会给探测器一个高电平触发信号，桶探测器接收到触发信号以后会进行一次采集，桶探测器只采集接收到的光强信号，采集结束后传输到处理器进行存储，然后处理器会通过控制时序关闭第二数字微镜调制器。处理器再次控制第一数字微镜调制器通过第二个hadamard矩阵进行第二次调制，以此类推，直到两个DMD完成第m次调制，探测器分别完成两个m次采集每一次采集的数据对应一个矩阵。然后处理器的数据处理单元通过量子关联成像算法分别对接收的左第二数字微镜调制器调制的光场进行重构计算，得到两个重构图像。

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对通过所述散斑光场的激光进行调制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对通过所述散斑光场的激光进行调制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。

图4为本发明所提供的三维图像成像方法流程图，如图4所示，一种三维图像成像方法，包括：

步骤401：发射激光。

步骤402：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；

步骤403：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；

所述步骤403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。

步骤404：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。

步骤405：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。

所述步骤405具体包括：根据公式确定第一图像深度信息；其中，P_M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，x_M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，P_K为第二图像深度信息，x_K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。

下面通过实际计算方法对本发明所提供的成像方法作进一步说明。

采用DMD与激光光源集成的调制光发射器，所述调制光发射器包括含有第一数字微镜调制器的第一调制光发射器以及含有第二数字微镜调制器的第二调制光发射器；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，得出光发射***与实际***的距离转换参数。之后，第一调制光发射器投射散斑到物体H和Z上，散斑由0-1 随机的大小为N×N的矩阵A_N×N调制；两个图片物体经过第一调制光发射器的反射光被桶探测器收集，收集的总光强分别为B1；第二调制光发射器投射散斑到物体H和Z上，散斑由0-1随机的大小为N×N的矩阵A_N×N调制；两个图片物体经过第二调制光发射器的反射光被桶探测器收集，收集到的总光强 B2。

通过标定、测量实现关联成像的三维测量。

(1)***标定

第一数字微镜调制器将一个格栅投射到屏幕上，网格的水平和垂直线位于几个不同的像素位置，包围一定数量像素x边长的正方形区域。格栅以及其投影后情况如图5-图6所示。

图7为本发明所提供的成像***俯视图，如图7所示，其中第一调制光发射器发出由左侧的三角形表示，实际状态为圆锥形，并将一个侧边的格栅投影到屏幕1上，然后，屏幕1移动到距离标记为屏幕2的位置，并且测量投影网格的新宽度；设定第一数字微镜调制器中心为***坐标原点，坐标系各轴方向如图7所示，从屏幕1到顶点O的垂直距离d可由相似三角形关系得出，计算公式如下：

(2)成像测量

如图8所示，第一数字微镜调制器调至发射光场，N×N大小的矩阵控制总共m个随机散斑图案投射到两个不同物距的物体上，反射光B₁k(k＝ 1,2,3...，m)由桶探测器接收，桶探测器放置在两个调制光发射器位置之间，位于目标前方。

第二数字微镜调制器再次将相同系列的斑点图案投射到目标上，反射光从其从桶探测器收集为B₂k(k＝1,2,3...，m)，斑点和桶光强度之间的二阶相关 G⁽²⁾的定义如下：

G⁽²⁾＝<A_k(N×N),B_i(k)>-<A_k(N×N)><B_i(k)>

k＝1,2,3,4... i＝1,2

式中，k表示测量次数，A_k(N×N)表示第k次测量的控制矩阵，由上述公式得到第一重构图像以及第二重构图像，如图9-图10所示。

由第一重构图像和第二重构图像中的目标的像素位置获得关于图像的深度的信息。选取特殊位置点“M_L”和“K_L”，如图8中黑色圆点所示位置；“M_R”和“K_R”，如图9中白色圆点所示位置。测量M_R和M_L之间的水平像素坐标差定义为x_M，得到从投影顶点O到点M的深度距离P_M为：

同样，从0点到M点的距离P_K表示为：

式中，x_K表示K_R和K_L之间的坐标差。因此，两个字母之间的距离为P_M-P_K。实际目标的大小也可以从P_M和P_K获得。由于字母垂直于投影机的光轴，图像的宽度Δx与物体的真实宽度x_real相关，计算公式如下：

步骤406：根据所述图像深度信息确定三维图像。

图11为本发明所提供的三维图像成像***结构图，如图11所示，一种三维图像成像***，包括：

激光发射模块1101，用于发射激光。

散斑光场及触发信号确定模块1102，用于根据所述激光，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。

光强信号采集模块1103，用于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。

所述光强信号采集模块1103具体包括：第一触发信号发送单元，用于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；第一光强信号采集单元，用于根据触发信号控制所述桶探测器采集第一光强信号；第一关闭单元，用于通过控制时序关闭第一数字微镜调制器；第二触发信号发送单元，用于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；第二光强信号采集单元，用于根据触发信号控制所述桶探测器采集第二光强信号；第二关闭单元，用于通过控制时序关闭第二数字微镜调制器。

重构图像确定模块1104，用于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。

图像深度信息确定模块1105，用于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。

所述图像深度信息确定1105具体包括：第一图像深度信息确定单元，用于根据公式确定第一图像深度信息；其中，P_M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，x_M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；第二图像深度信息确定单元，用于根据公式确定第二图像深度信息；其中， P_K为第二图像深度信息，x_K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。

三维图像确定模块1106，用于根据所述图像深度信息确定三维图像。

本发明通过对成像***进行标定，实现了对目标物体的三维测量，尤其是实现了深度信息的测量，并将误差控制在了7％以内，提高了三维图像成像精度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的***而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种三维图像成像装置，其特征在于，包括：两个子发射***、桶探测器以及处理器；所述子发射***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***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***、桶探测器以及处理器；所述子发射***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***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二数字微镜调制器。

5.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，P_M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，x_M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，P_K为第二图像深度信息，x_K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。

6.一种三维图像成像***，其特征在于，包括：

激光发射模块，用于发射激光；

散斑光场及触发信号确定模块，用于根据所述激光，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；

光强信号采集模块，用于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；

重构图像确定模块，用于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；

图像深度信息确定模块，用于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；

三维图像确定模块，用于根据所述图像深度信息确定三维图像。

7.根据权利要求6所述的关联成像***，其特征在于，所述散斑光场及触发信号确定模块具体包括：

方波信号产生单元，用于产生方波信号；

第一散斑光场产生单元，用于根据所述方波信号，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；

第二散斑光场产生单元，用于根据所述方波信号，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。

8.根据权利要求6所述的关联成像***，其特征在于，所述光强信号采集模块具体包括：

第一触发信号发送单元，用于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；

第一光强信号采集单元，用于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；

第一关闭单元，用于通过控制时序关闭第一数字微镜调制器；

第二触发信号发送单元，用于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；

第二光强信号采集单元，用于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；

第二关闭单元，用于通过控制时序关闭第二数字微镜调制器。

9.根据权利要求6所述的关联成像***，其特征在于，所述图像深度信息确定模块具体包括：

第一图像深度信息确定单元，用于根据公式确定第一图像深度信息；其中，P_M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，x_M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；

第二图像深度信息确定单元，用于根据公式确定第二图像深度信息；其中，P_K为第二图像深度信息，x_K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。