CN110471083A - 一种纵向距离的激光三维成像装置及方法 - Google Patents

一种纵向距离的激光三维成像装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及激光三维成像领域，特别是一种纵向距离的激光三维成像装置及方法,以阵列光学传感器作为，利用像素间激光传输的延时差来测量的目标的三维像；探测时，向拍摄对象依次发射两个或多个相同的激光光脉冲，每发射一个脉冲对目标成一幅灰度像，多个脉冲分别形成多幅图像，通过对快门的控制，在每次成像中实现对返回光脉冲不同程度的截断，获得若干幅曝光量不同的CCD图像，由此提取各个像素灰度值随时间的变化曲线，恢复对应的激光脉冲的波形。确定各个像素脉冲峰值在时间坐标上的位置，得到像素间激光延时差的分布，实现三维成像。

Description

一种纵向距离的激光三维成像装置及方法
技术领域
本发明涉及激光三维成像领域，特别是一种纵向距离的激光三维成像装置及方法。
背景技术
目前对远距离目标进行三维测量的途径主要有激光扫描立体成像技术，双目机立体成像技术，以及激光脉冲凝视立体成像的技术。
激光扫描立体成像技术采用激光束对目标进行逐点扫描，利用光电二极管或雪崩光电二极管单管进行接收，通过光脉冲在空间的往返时间计算出扫描点的距离参数。这种成像体制每个像素点对应的实际尺寸和光斑大小相同，对近距离目标由于光斑小，空间分辨率尚可以达到比较好的程度，对远距离目标由于光斑发散变大，空间分辨率则变得很差。对远距离大目标的测量有一定价值，但对远距离小目标则几乎无法进行精细测量。
双目立体成像技术，采用两个相机对同一对象从不同角度进行照相，通过几何运算获得对象的三维分布数据。这种立体成像技术对于远距离目标很不实用，为了让相机对远距离目标取得比较好的立体成像效果，需要将两个相机横向分开很大的距离，这在很多情况不但难以实现，而且即使实现了，由于像素间配准的误差，距离分辨率也大打折扣。
激光脉冲凝视立体成像技术，已成为对远距离目标进行高精度三维测量的最有发展前景的技术。主要有三种方法，分别是基于光电二极管或雪崩光电二极管阵列（APD）探测的脉冲激光三维成像***、基于脉冲激光距离选通技术的三维成像***以及基于脉冲光偏振调制技术的激光三维成像***。
基于光电二极管或雪崩光电二极管阵列探测的脉冲激光三维成像***，将光电二极管或雪崩光电二极管排列成二维阵列或一维阵列，通过光学镜头将目标成像于该阵列。阵列中每个单管对应一个像素，分别记录激光脉冲发出以后，每个单管接收到由于目标散射返回的光信号的往返时间，由此计算每个单管所对应的目标物上相应点的距离，以得到目标的距离像。
APD阵列三维成像测量方法的缺点是，当前实验样机的最好分辨率只有256×256像素，且像素间距较大。阵列中单管之间的光电性能一致性较差，带来比较大的距离分辨误差。同时，每个单管对距离的测量精度还受限于激光脉冲宽度。目前像素间的距离分辨率达到0.1~0.5m。
基于脉冲激光距离选通技术的三维成像技术，将脉冲激光器和距离选通门成像器相结合，只有成像器距离选通门打开时目标反射的激光脉冲才可以进入阵列探测器成像。成像过程中，脉冲激光和距离选通门按照成像距离进行同步：t1时刻，激光器发出激光脉冲，此时选通门关闭；经过一段时间，当特定距离的反射激光脉冲到达（t2时刻）时，选通门打开，接收返回的脉冲激光并进行成像。
距离选通三维成像技术的主要缺点是：激光脉冲的宽度和波门的宽度均影响距离成像精度，纵向距离分辨率与两者中数值较大者为同一数量级；另一方面，三维成像所需二维图像的数目大于等于景深与距离分辨率的比值，在长景深、高精度测量的情形下，其数值非常大。
基于脉冲光偏振调制技术的激光三维成像***，工作原理是，在成像***前面放置一个起偏器，以选择特定方向的偏振光，其后放置普克尔盒以旋转线偏光的振动方向，通常将一个锯型波加在普克尔盒上，使线偏光的旋转角度成为时间的函数。随后，线偏光被分解成两个偏振方向互相垂直的分量，分别进入两个相机，由此获取两个偏振方向信号的比值。以锯型波起点开始计时，不同时间回来的回波信号其两个偏振方向的分量比值是不同的，因此从两个相机对应像素的信号比值就可得到目标点的距离信息。相机采用阵列探测器，对各像素的信号进行类似处理，即可由单个激光脉冲得到目标的距离图像。
偏振调制激光三维成像的主要缺点在于，距离测量的精度取决于激光脉冲的宽度，目前对远距离目标，距离分辨率大约为1~30米。其他缺点还包括，锯型波的变化率同时影响距离测量的景深和距离分辨率，锯型波变化速率越大距离分辨率越好，但所测量的景深则越小。
发明内容
本发明的目的是提供一种能克服现有三维成像方式的缺陷的纵向距离的激光三维成像装置及方法。
本发明的目的是这样实现的，一种纵向距离的激光三维成像装置，其特征是：至少包括：脉冲激光器、激光分光器、激光发射镜头、光电探测器、图像处理单元、快门控制模块、成像镜头、光学滤波片、电控快门和阵列光学传感器；脉冲激光器、激光分光器、激光发射镜头、光电探测器、图像处理单元模块、快门控制模块、成像镜头、光学滤波片、电控快门和阵列光学传感器固定在壳体内，脉冲激光器和成像镜头对准成像目标，由脉冲激光器发射第一次激光脉冲，通过激光发射镜头到成像目标，离成像镜头最近的成像目标首先反射一部分光返回到成像镜头，通过成像镜头和电控快门成像到光学传感器阵列面上；由图像处理单元经快门控制模块控制电控快门关闭，图像处理单元存贮离成像镜头最近的成像目标的第一图像；
由脉冲激光器发射第二次激光脉冲，通过激光发射镜头到成像目标，离成像镜头较近的成像目标反射一部分光返回到成像镜头，通过成像镜头和电控快门成像到阵列光学传感器阵列面上；由图像处理单元经快门控制模块控制电控快门关闭，图像处理单元存贮离成像镜头较近的成像目标的第二图像；
由脉冲激光器发射第N次激光脉冲，通过激光发射镜头到成像目标，离成像镜头依次较远的成像目标反射一部分光返回到成像镜头，通过成像镜头和电控快门成像到阵列光学传感器阵列面上；由图像处理单元经快门控制模块控制电控快门关闭，图像处理单元存贮离成像镜头较近的成像目标的第N图像；
由脉冲激光器发射第N+1次激光脉冲，通过激光发射镜头到成像目标，离成像镜头最远的成像目标反射一部分光返回到成像镜头，通过成像镜头和电控快门成像到阵列光学传感器阵列面上；由图像处理单元经快门控制模块控制电控快门关闭，图像处理单元存贮离成像镜头最远的成像目标的第N+1图像；
图像处理单元将存贮的不同远近的图像进行处理，给出成像目标不同区域高程成像。
所述的成像镜头后端或前端有滤波片，对脉冲激光器发出的光波波长以外的光信号进行滤波，只对脉冲激光器发出的光波波长进行成像。
所述的激光分光器的反光光路上有一个光电探测器，由光电探测器探测脉冲激光器发出光的少量反射光，以获取脉冲激光器发光的启始时间。
所述的激光分光器的输出光路上有激光发射镜头。
一种纵向距离的激光三维成像方法，其特征是：至少包括如下步骤：
①首先以脉冲激光照射目标，目标反射回波信号到传感器阵列的时序上；控制传感器阵列前端的相机快门关断时间进行关闭；
②控制传感器阵列前端的相机快门关断，使回波信号尚未完全返回成像面时，关闭快门，对回波光脉冲的截断，光学传感器得到截断脉冲所成的灰度像；以激光脉冲发出时刻作为时间坐标的零点，标记快门关闭时刻；
③快门关闭时间是是在激光照射目标后，延迟固定时间间隔Δt；
④在激光照射目标不变的情况下，按照步骤（1）和步骤③分别以Δt时间进行累加进行重复，每加一次Δt时间，获取一张灰度图像；每次成像均以当次成像时激光脉冲发出的时刻为计时零点；
⑤将这些照片按照拍照的时间次序进行排列，第2张照片起；每张照片的每个像素的灰度值均减去该像素在前一张照片中的灰度值，由这些差值即可获得每个像素点的灰度的时间变化曲线；
⑥ 以激光脉冲的波形函数F(t)，或调制波形函数Fv(t)为模板，对各个像素点的灰度变化曲线进行匹配，恢复出该像素点所接收到的激光回波脉冲信号的波形，确定其峰值在时间坐标上的位置，坐标零点为激光脉冲的发射时刻；
⑦ 设所确定的各个像素点的波形峰值坐标值为t1，t2,……, tn, 则给出像素间的延时差，分别为Δt1= t1- t1=0，Δt2=t2- t1，……，Δtn=tn- t1；
⑧ 依据步骤⑦各个像素点的波形峰值坐标值和像素间的延时差，获得各个目标点的相对距离，分别为s1=0，s2=c*Δt2/2，……，sn=c*Δtn /2。
所述的快门关断时间可以忽略时，采用激光脉冲的原始波形函数F(t)；若快门关断时间不可以忽略，则采用包含快门调制信息的调制波形函数Fv(t)。
所述的Δt取τ/3-τ/5，τ为脉冲激光宽度。
所述的光电探测器是CCD（或CMOS）光学传感器。
本发明的原理及优点：本发明是以脉冲激光作为照射源，以阵列光学传感器作为，利用像素间激光传输的延时差来测量的目标的三维像；探测时，向拍摄对象依次发射两个或多个相同的激光光脉冲，每发射一个脉冲对目标成一幅灰度像，多个脉冲分别形成多幅图像，通过对快门的控制，在每次成像中实现对返回光脉冲不同程度的截断，获得若干幅曝光量不同的CCD图像，由此提取各个像素灰度值随时间的变化曲线，恢复对应的激光脉冲的波形。确定各个像素脉冲峰值在时间坐标上的位置，得到像素间激光延时差的分布，实现三维成像。
本发明与光学成像比较，没有光学成像的景深要求。
本发明与脉冲光偏振调制技术的激光三维成像***比较，没有锯型波的变化率影响距离测量的景深和距离分辨率。
本发明与激光扫描立体成像技术比较，对远距离目标没有光斑发散问题和空间分辨率差的问题，对远距离小目标也能有效的检测。
本发明与脉冲激光距离选通技术的三维成像技术比较，没有激光脉冲的宽度和波门的宽度均影响距离成像精度问题。
附图说明
下面结具体实施附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明的实施例光学结构示意图。
图中标注：1、脉冲激光器； 2、激光分光器；3、激光发射镜头；4、光电探测器；5、图像处理单元；6、快门控制模块；7、成像镜头；8、滤波片；9、电控快门；10、阵列光学传感器；11、成像目标。
具体实施方式
如图1所示，一种纵向距离的激光三维成像装置，至少包括：脉冲激光器1、激光分光器2、激光发射镜头3、光电探测器4、图像处理单元5、快门控制模块、6、成像镜头7、光学滤波片8、电控快门模块9和阵列光学传感器10；脉冲激光器1、激光分光器2、激光发射镜头3、光电探测器4、图像处理单元模块5、快门控制模块6、成像镜头7、光学滤波片8、电控快门模块9和阵列光学传感器模块10固定在壳体内，脉冲激光器1和成像镜头7对准成像目标11，由脉冲激光器1发射第一次激光脉冲，通过激光发射镜头3到成像目标11，离成像镜头7最近的成像目标11首先反射一部分光返回到成像镜头7，通过成像镜头7和电控快门9成像到光学传感器10阵列面上；由图像处理单元5经快门控制模块6控制电控快门9关闭，图像处理单元5存贮离成像镜头7最近的成像目标11的第一图像；
由脉冲激光器1发射第二次激光脉冲，通过激光发射镜头3到成像目标11，离成像镜头7较近的成像目标11反射一部分光返回到成像镜头7，通过成像镜头7和电控快门9成像到光学传感器10阵列面上；由图像处理单元5经快门控制模块6控制电控快门9关闭，图像处理单元5存贮离成像镜头7较近的成像目标11的第二图像；
由脉冲激光器1发射第N次激光脉冲，通过激光发射镜头3到成像目标11，离成像镜头7依次较远的成像目标11反射一部分光返回到成像镜头7，通过成像镜头7和电控快门9成像到光学传感器10阵列面上；由图像处理单元5经快门控制模块6控制电控快门9关闭，图像处理单元5存贮离成像镜头7较近的成像目标11的第N图像；
由脉冲激光器1发射第N+1次激光脉冲，通过激光发射镜头3到成像目标11，离成像镜头7最远的成像目标11反射一部分光返回到成像镜头7，通过成像镜头7和电控快门9成像到光学传感器10阵列面上；由图像处理单元5经快门控制模块6控制电控快门9关闭，图像处理单元5存贮离成像镜头7最远的成像目标11的第N+1图像；
图像处理单元5将存贮的不同远近的图像进行处理，给出成像目标11不同区域高程成像。
为了获取不受环境影响的成像效果，成像镜头7后端或前端有滤波片8，对脉冲激光器1发出的光波波长以外的光信号进行滤波，只对脉冲激光器1发出的光波波长进行成像。
为了获取脉冲激光器1发光的启始时间，在激光分光器2的反光光路上有一个光电探测器4，由光电探测器4探测脉冲激光器1发出光的少量反射光，以获取脉冲激光器1发光的启始时间。
为了获取脉冲激光器1发光的质量和控制发光区到成像目标11的范围，在激光分光器2的输出光路上有发射镜头3。
一种纵向距离的激光三维成像方法，其特征是：至少包括如下步骤：
①首先以脉冲激光照射目标，目标反射回波信号到传感器阵列的时序上；控制传感器阵列前端的相机快门关断时间进行关闭；
②控制传感器阵列前端的相机快门关断，使回波信号尚未完全返回成像面时，关闭快门，对回波光脉冲的截断，光学传感器得到截断脉冲所成的灰度像；以激光脉冲发出时刻作为时间坐标的零点，标记快门关闭时刻；
③快门关闭时间是是在激光照射目标后，延迟固定时间间隔Δt；
④在激光照射目标不变的情况下，按照步骤（1）和步骤③分别以Δt时间进行累加进行重复，每加一次Δt时间，获取一张灰度图像；每次成像均以当次成像时激光脉冲发出的时刻为计时零点；
⑤将这些照片按照拍照的时间次序进行排列，第2张照片起；每张照片的每个像素的灰度值均减去该像素在前一张照片中的灰度值，由这些差值即可获得每个像素点的灰度的时间变化曲线；
⑥ 以激光脉冲的波形函数F(t)，或调制波形函数Fv(t)为模板，对各个像素点的灰度变化曲线进行匹配，恢复出该像素点所接收到的激光回波脉冲信号的波形，确定其峰值在时间坐标上的位置，坐标零点为激光脉冲的发射时刻；
⑦ 设所确定的各个像素点的波形峰值坐标值为t1，t2,……, tn, 则给出像素间的延时差，分别为Δt1= t1- t1=0，Δt2=t2- t1，……，Δtn=tn- t1；
⑧ 依据步骤⑦各个像素点的波形峰值坐标值和像素间的延时差，获得各个目标点的相对距离，分别为s1=0，s2=c*Δt2/2，……，sn=c*Δtn /2。
所述的快门关断时间可以忽略时，采用激光脉冲的原始波形函数F(t)；若快门关断时间不可以忽略，则采用包含快门调制信息的调制波形函数Fv(t)。
所述的Δt取τ/3-τ/5，τ为脉冲激光宽度。
所述的探测器是CCD（或CMOS）光学传感器。
本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (8)

1.一种纵向距离的激光三维成像装置，其特征是：至少包括：脉冲激光器(1)、激光分光器(2)、激光发射镜头(3)、光电探测器(4)、图像处理单元(5)、快门控制模块(6)、成像镜头(7)、光学滤波片(8)、电控快门(9)和阵列光学传感器(10)；脉冲激光器(1)、激光分光器(2)、激光发射镜头(3)、光电探测器(4)、图像处理单元模块(5)、快门控制模块(6)、成像镜头(7)、光学滤波片(8)、电控快门(9)和阵列光学传感器(10)固定在壳体内，脉冲激光器(1)和成像镜头(7)对准成像目标(11)，由脉冲激光器(1)发射第一次激光脉冲，通过激光发射镜头(3)到成像目标(11)，离成像镜头(7)最近的成像目标(11)首先反射一部分光返回到成像镜头(7)，通过成像镜头(7)和电控快门(9)成像到光学传感器(10)阵列面上；由图像处理单元(5)经快门控制模块(6)控制电控快门(9)关闭，图像处理单元(5)存贮离成像镜头(7)最近的成像目标(11)的第一图像；
由脉冲激光器(1)发射第二次激光脉冲，通过激光发射镜头(3)到成像目标(11)，离成像镜头(7)较近的成像目标(11)反射一部分光返回到成像镜头(7)，通过成像镜头(7)和电控快门(9)成像到阵列光学传感器(10)阵列面上；由图像处理单元(5)经快门控制模块(6)控制电控快门(9)关闭，图像处理单元(5)存贮离成像镜头(7)较近的成像目标(11)的第二图像；
由脉冲激光器(1)发射第N次激光脉冲，通过激光发射镜头(3)到成像目标(11)，离成像镜头(7)依次较远的成像目标(11)反射一部分光返回到成像镜头(7)，通过成像镜头(7)和电控快门(9)成像到阵列光学传感器(10)阵列面上；由图像处理单元(5)经快门控制模块(6)控制电控快门(9)关闭，图像处理单元(5)存贮离成像镜头(7)较近的成像目标(11)的第N图像；
由脉冲激光器(1)发射第N+1次激光脉冲，通过激光发射镜头(3)到成像目标(11)，离成像镜头(7)最远的成像目标(11)反射一部分光返回到成像镜头(7)，通过成像镜头(7)和电控快门(9)成像到阵列光学传感器(10)阵列面上；由图像处理单元(5)经快门控制模块(6)控制电控快门(9)关闭，图像处理单元(5)存贮离成像镜头(7)最远的成像目标(11)的第N+1图像；
图像处理单元(5)将存贮的不同远近的图像进行处理，给出成像目标(11)不同区域高程成像。
2.根据权利要求1所述的一种纵向距离的激光三维成像装置，其特征是：所述的成像镜头（7）后端或前端有滤波片（8），对脉冲激光器（1）发出的光波波长以外的光信号进行滤波，只对脉冲激光器（1）发出的光波波长进行成像。
3.根据权利要求1所述的一种纵向距离的激光三维成像装置，其特征是：所述的激光分光器（2）的反光光路上有一个光电探测器（4），由光电探测器（4）探测脉冲激光器（1）发出光的少量反射光，以获取脉冲激光器（1）发光的启始时间。
4.根据权利要求1所述的一种纵向距离的激光三维成像装置，其特征是：所述的激光分光器（2）的输出光路上有激光发射镜头（3）。
5.一种纵向距离的激光三维成像方法，其特征是：至少包括如下步骤：
①首先以脉冲激光照射目标，目标反射回波信号到传感器阵列的时序上；控制传感器阵列前端的相机快门关断时间进行关闭；
②控制传感器阵列前端的相机快门关断，使回波信号尚未完全返回成像面时，关闭快门，对回波光脉冲的截断，光学传感器得到截断脉冲所成的灰度像；以激光脉冲发出时刻作为时间坐标的零点，标记快门关闭时刻；
③快门关闭时间是是在激光照射目标后，延迟固定时间间隔Δt；
④在激光照射目标不变的情况下，按照步骤（1）和步骤③分别以Δt时间进行累加进行重复，每加一次Δt时间，获取一张灰度图像；每次成像均以当次成像时激光脉冲发出的时刻为计时零点；
⑤将这些照片按照拍照的时间次序进行排列，第2张照片起；每张照片的每个像素的灰度值均减去该像素在前一张照片中的灰度值，由这些差值即可获得每个像素点的灰度的时间变化曲线；
⑥ 以激光脉冲的波形函数F(t)，或调制波形函数Fv(t)为模板，对各个像素点的灰度变化曲线进行匹配，恢复出该像素点所接收到的激光回波脉冲信号的波形，确定其峰值在时间坐标上的位置，坐标零点为激光脉冲的发射时刻；
⑦ 设所确定的各个像素点的波形峰值坐标值为t1，t2,……, tn, 则给出像素间的延时差，分别为Δt1= t1- t1=0，Δt2=t2- t1，……，Δtn=tn- t1；
⑧ 依据步骤⑦各个像素点的波形峰值坐标值和像素间的延时差，获得各个目标点的相对距离，分别为s1=0，s2=c*Δt2/2，……，sn=c*Δtn /2。
6.根据权利要求5所述的一种纵向距离的激光三维成像方法，其特征是：所述的快门关断时间可以忽略时，采用激光脉冲的原始波形函数F(t)；若快门关断时间不可以忽略，则采用包含快门调制信息的调制波形函数Fv(t)。
7.根据权利要求5所述的一种纵向距离的激光三维成像方法，其特征是：所述的Δt取τ/3-τ/5，τ为脉冲激光宽度。
8.根据权利要求1所述的一种纵向距离的激光三维成像方法，其特征是：所述的光电探测器是CCD（或CMOS）光学传感器。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111965659A (zh) * 2020-07-17 2020-11-20 深圳奥锐达科技有限公司 一种距离测量***、方法及计算机可读存储介质
WO2021239054A1 (zh) * 2020-05-28 2021-12-02 睿镞科技(北京)有限责任公司 空间测量装置、方法、设备以及计算机可读存储介质
CN113884019A (zh) * 2020-07-03 2022-01-04 睿镞科技(北京)有限责任公司 三维成像***及方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11187523B1 (en) * 2020-05-28 2021-11-30 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Three-dimensional shape estimation of objects via polarimetry
WO2023132903A1 (en) * 2022-01-07 2023-07-13 Ouster, Inc. Optical system for full frame flash solid-state lidar system
US20240061087A1 (en) * 2022-08-19 2024-02-22 Ouster, Inc. Lidar system with fly's eye lens arrays

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104049257A (zh) * 2014-06-04 2014-09-17 西安电子科技大学 一种多相机空间目标激光立体成像装置及方法
CN104320567A (zh) * 2014-10-29 2015-01-28 中国科学院半导体研究所 数字微镜阵列编码闪光三维成像方法及装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7872745B2 (en) * 2007-08-08 2011-01-18 Nuflare Technology, Inc. Pattern inspection apparatus and pattern inspection method
US20130087718A1 (en) * 2010-06-28 2013-04-11 Ge Healthcare Bio-Sciences Corp. Confocal fluorescence lifetime imaging system
KR102056904B1 (ko) * 2013-05-22 2019-12-18 삼성전자주식회사 3차원 영상 획득 장치 및 그 구동 방법
CN108209867B (zh) * 2016-12-15 2022-03-18 松下知识产权经营株式会社 摄像装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104049257A (zh) * 2014-06-04 2014-09-17 西安电子科技大学 一种多相机空间目标激光立体成像装置及方法
CN104320567A (zh) * 2014-10-29 2015-01-28 中国科学院半导体研究所 数字微镜阵列编码闪光三维成像方法及装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
郭惠超等: "利用时间切片序列图像的三维成像距离信息计算方法", 《红外与激光工程》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021239054A1 (zh) * 2020-05-28 2021-12-02 睿镞科技(北京)有限责任公司 空间测量装置、方法、设备以及计算机可读存储介质
CN113884019A (zh) * 2020-07-03 2022-01-04 睿镞科技(北京)有限责任公司 三维成像***及方法
CN113884019B (zh) * 2020-07-03 2024-04-05 睿镞科技(北京)有限责任公司 三维成像***及方法
CN111965659A (zh) * 2020-07-17 2020-11-20 深圳奥锐达科技有限公司 一种距离测量***、方法及计算机可读存储介质
CN111965659B (zh) * 2020-07-17 2023-10-27 深圳奥锐达科技有限公司 一种距离测量***、方法及计算机可读存储介质

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