一種基于仿人眼視覺機理的激光三維成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于激光三維成像領(lǐng)域，特別是涉及一種基于仿人眼視覺機理的激光三維成像方系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括觸發(fā)器、脈沖激光器、發(fā)射光學(xué)模塊、非均勻采集模塊、信號處理模塊、顯示器。采用非均勻采集模塊，目標經(jīng)脈沖激光器照射后，反射或散射的脈沖回波依次經(jīng)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(huán)探測器數(shù)量相同，排列成環(huán)狀，環(huán)環(huán)相切，且相鄰像素之間相切，每環(huán)所在圓環(huán)半徑成指數(shù)增長，且每環(huán)探測器的光斑面積隨指數(shù)增加，實現(xiàn)對目標進行分辨率可變的采集；探測器陣列將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，由信號處理模塊按照“環(huán)”選通的方式按照由內(nèi)環(huán)向外環(huán)依次讀出。實現(xiàn)快速、高效的傳輸數(shù)據(jù)。
【專利說明】一種基于仿人眼視覺機理的激光三維成像系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光三維成像領(lǐng)域，特別是涉及一種基于仿人眼視覺機理的激光三維成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著高新技術(shù)的飛速發(fā)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(yīng)用于機器視覺、圖像監(jiān)控、智能導(dǎo)航等領(lǐng)域。相比較傳統(tǒng)的二維視覺傳感器而言，激光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(xiàn)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(xiàn)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(gòu)對目標進行多次成像，然后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，雖然分辨率可以通過增加掃描次數(shù)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(gòu)多以機械結(jié)構(gòu)為主，對于較大范圍的成像勢必需要掃描范圍更大的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致系統(tǒng)集成度下降，難以實 現(xiàn)小型化。(3)分辨率較低。由于受加工工藝的制約，難以形成高靈敏、大面陣探測器陣列，因此，難以滿足高分辨率成像需求。據(jù)調(diào)研，人眼視網(wǎng)膜具有非均勻采樣特性，且視覺傳輸能夠有效降低數(shù)據(jù)冗余，有利于快速成像，這為解決以上問題提供了一種新方法。首先，人眼視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)為非均勻排列，視網(wǎng)膜中的神經(jīng)元由內(nèi)向外逐漸減少，這使得視網(wǎng)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(qū)域高分辨率成像，對非感興趣區(qū)域粗略觀察；其次，人眼視網(wǎng)膜與大腦皮層近似對數(shù)極坐標映射，使其對視網(wǎng)膜外圍區(qū)域具有很好的數(shù)據(jù)壓縮特性，滿足數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)男枨?；最后，人眼視網(wǎng)膜為面陣成像，無需掃描機構(gòu)，可減輕系統(tǒng)質(zhì)量，有利于系統(tǒng)小型化。
[0003]因此，本專利提出一種基于仿人眼視覺基理的脈沖激光三維成像系統(tǒng)，通過設(shè)計仿人眼視網(wǎng)膜的面陣結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)大視場、高分辨率、快速的激光三維成像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決傳統(tǒng)激光三維成像存在的分辨率低、成像速度慢，結(jié)構(gòu)體積龐大等問題，提供一種仿人眼視覺基理的激光三維成像系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0006]一種基于仿人眼視覺基理的激光三維成像系統(tǒng)，包括觸發(fā)器、脈沖激光器、發(fā)射光學(xué)模塊、非均勻采集模塊、信號處理模塊、顯示器。
[0007]連接關(guān)系:
[0008]觸發(fā)器向脈沖激光器發(fā)送觸發(fā)信號，脈沖激光器發(fā)出激光脈沖，經(jīng)過發(fā)射光學(xué)模塊后，照射到目標，經(jīng)過目標反射或散射的回波被非均勻采集模塊接收，經(jīng)過信號處理模塊處理后，在顯示器上顯示圖像。
[0009]其中，非均勻采集模塊包括壓圈、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(guān)系:
[0011]固定架用于放置第一鏡片、第一隔圈、第二鏡片、第二隔圈、第三鏡片，并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，最后，將壓圈旋入固定架預(yù)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。固定架的后方留有唇邊，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，當螺孔處于“ 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于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]一種基于仿人眼視覺基理的激光三維成像系統(tǒng)，采用非均勻采集模塊，目標經(jīng)脈沖激光器照射后，反射或散射的脈沖回波依次經(jīng)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(huán)探測器數(shù)量相同，排列成環(huán)狀，環(huán)環(huán)相切，且相鄰像素之間相切，每環(huán)所在圓環(huán)半徑成指數(shù)增長，且每環(huán)探測器的光斑面積隨指數(shù)增加，因此能夠?qū)崿F(xiàn)對目標進行分辨率可變的采集，探測器陣列將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，由信號處理模塊按照“環(huán)”選通的方式按照由內(nèi)環(huán)向外環(huán)依次讀出。實現(xiàn)了仿人眼視覺傳輸基理，從而能夠?qū)崿F(xiàn)快速、高效的傳輸數(shù)據(jù)。
[0013]有益效果:
[0014](I)本發(fā)明提出的一種基于仿人眼視覺機理的激光三維成像系統(tǒng)，基于仿人眼視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)，采用空間分辨率可變的方式對目標進行采樣，兼顧大視場與高分辨率等優(yōu)點；
[0015](2)本發(fā)明提出的一種基于仿人眼視覺機理的激光三維成像系統(tǒng)，采用環(huán)形讀出信號的數(shù)據(jù)處理模塊，實現(xiàn)對數(shù)極坐標映射，具有尺度與旋轉(zhuǎn)不變的特性，同時還具有壓縮冗余數(shù)據(jù)的優(yōu)點，有利于高速、實時的大數(shù)據(jù)量處理場合；
[0016](3)本發(fā)明提出的一種基于仿人眼視覺機理的激光三維成像系統(tǒng)，通過峰值鑒別法提取脈沖發(fā)射與接收的終止與起始時刻，計算出系統(tǒng)與目標之間的距離，從而實現(xiàn)了距離像的獲取，有利于豐富對目標的描述；
[0017](4)本發(fā)明提出的一種基于仿人眼視覺機理的激光三維成像系統(tǒng)，能夠?qū)Ω信d趣區(qū)域高分辨率觀察，避免了目前探測器陣列因工藝制約而無法高分辨率成像的缺點，同時有效克服傳統(tǒng)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(fā)明系統(tǒng)原理圖；
[0019]圖2為本發(fā)明采集模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖3為本發(fā)明采集模塊連接圖；
[0021]圖4為本發(fā)明探測器陣列布局圖；
[0022]圖5為峰值鑒別原理圖；
[0023]其中，1-觸發(fā)器、2-脈沖激光器、3-發(fā)射光學(xué)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(qū)域圓環(huán)、21-第一環(huán)像素所在圓環(huán)、22-第二環(huán)像素所在圓環(huán)、23-第三環(huán)像素所在圓環(huán)、24-第i環(huán)像素所在圓環(huán)、25-第M環(huán)像素所在圓環(huán)、26-盲孔區(qū)域、27-第一環(huán)像素直徑、28-第二環(huán)像素直徑、29-第三環(huán)像素直徑、30-第i環(huán)像素直徑、31-第M環(huán)像素直徑、32-起始脈沖、33-起始時刻、34-終止時刻、35-脈沖回波。
【具體實施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行說明。
[0025]一種基于仿人眼視覺基理的激光三維成像系統(tǒng)，包括觸發(fā)器1，脈沖激光器2，發(fā)射光學(xué)模塊3，非均勻采集模塊5，信號處理模塊6，顯示器7。
[0026]系統(tǒng)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(fā)器I向脈沖激光器2發(fā)送觸發(fā)信號，脈沖激光器2發(fā)出激光脈沖，經(jīng)過發(fā)射光學(xué)模塊3后，照射到目標4，經(jīng)過目標4反射或散射的回波被非均勻采集模塊5接收，經(jīng)過信號處理模塊6處理后，在顯示器7上顯示圖像。
[0027]其中，觸發(fā)器1、脈沖激光器2、發(fā)射光學(xué)模塊3為常規(guī)的結(jié)構(gòu)裝置，非本專利論述重點。非均勻采集模塊5的結(jié)構(gòu)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(guān)系見圖3，
[0029]固定架14用于放置第一鏡片9、第一隔圈10、第二鏡片11、第二隔圈12、第三鏡片13，并且在固定架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，然后，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(yù)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的后方留有唇邊，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，當螺孔處于“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，以上完成采集模塊連接。
[0030]其中，探測器陣列板16上的探測器布局結(jié)構(gòu)如圖4所示，由M環(huán)，每環(huán)N個像素組成，排布成環(huán)狀，且相鄰像素之間相切，圖4中，盲孔區(qū)域26位于探測器陣列的中央，設(shè)盲孔區(qū)域圓環(huán)20的半徑為IV第一環(huán)像素所在圓環(huán)21的半徑為η，第二環(huán)像素所在圓環(huán)22的半徑r2，第三環(huán)像素所在圓環(huán)23的半徑r3，第i環(huán)像素所在圓環(huán)24的半徑巧，第M環(huán)像素所在圓環(huán)25的半徑rM，第一環(huán)像素27的直徑D1,第二環(huán)像素28的直徑D2,第三環(huán)像素29的直徑D3，第i環(huán)像素30的直徑Di,第M環(huán)像素31的直徑，各環(huán)半徑的增長因子為q，以上參數(shù)滿足下式:
【權(quán)利要求】
1.一種基于仿人眼視覺基理的激光三維成像系統(tǒng)，其特征在于:包括觸發(fā)器(1)，脈沖激光器(2 ),發(fā)射光學(xué)模塊(3 ),非均勻米集模塊(5 ),信號處理模塊(6 ),顯不器(7 )；觸發(fā)器(I)向脈沖激光器(2 )發(fā)送觸發(fā)信號，脈沖激光器(2 )發(fā)出激光脈沖，經(jīng)過發(fā)射光學(xué)模塊(3 )后，照射到目標，經(jīng)過目標反射或散射的回波被非均勻采集模塊(5)接收，經(jīng)過信號處理模塊(6)處理后，在顯示器(7)上顯示圖像； 所述非均勻采集模塊(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(guān)系: 固定架(14)用于放置第一鏡片(9)、第一隔圈(10)、第二鏡片(11)、第二隔圈(12)、第三鏡片(13)，并且在固定架(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，然后，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，最后，將壓圈(8)旋入固定架(14)預(yù)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)的后方留有唇邊，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，當螺孔處于“ 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)。
2.一種基于仿人眼視覺基理的激光三維成像方法，其特征在于:所述非均勻采集模塊(5)的采集方法是目標經(jīng)脈沖激光器脈照射后，反射或散射的脈沖回波依次經(jīng)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(huán)探測器數(shù)量相同，排列成環(huán)狀，環(huán)環(huán)相切，且相鄰像素之間相切，每環(huán)所在圓環(huán)半徑成指數(shù)增長，且每環(huán)探測器的光斑面積隨指數(shù)增加，因此能夠?qū)崿F(xiàn)對目標進行分辨率可變的采集，探測器陣列將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，由信號處理模塊按照“環(huán)”選通的方式按照由內(nèi)環(huán)向外環(huán)依次讀出，實現(xiàn)快速、高效的傳輸數(shù)據(jù)。
【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(yōu)先權(quán)日:2014年2月18日
【發(fā)明者】郝群, 曹杰, 曹峰梅, 穆嘉星, 許建春, 閆磊 申請人:北京理工大學(xué)