[发明专利]被动式单光子成像3D摄像机及摄像方法

权利要求书

1.一种被动式单光子成像3D摄像机，其特征在于，所述摄像机包括：

光学系统，被配置为汇聚入射光和调节焦距；

偏振单光子传感器，所述偏振单光子传感器包括偏振装置，被配置为产生光；感光阴极，被配置为捕获光子并产生光电子；采集阳极，被配置为捕获光电子产生电信号；读出电路，被配置为读出电信号；ADC，被配置为将电信号转化为单光子偏振图像原始数据；接口电路，被配置为将单光子偏振图像原始数据传输到图像处理器；

图像处理器，被配置为对单光子偏振图像原始数据进行重建获得单光子偏振图像，对单光子偏振图像进行特征匹配和深度计算，获取3D图像。

2.根据权利要求1所述的摄像机，其特征在于，所述多个含有偏振装置的像元按照菱形错位阵列方式排布。

3.根据权利要求1所述的摄像机，其特征在于，所述多个含有偏振装置的像元中每四个互相邻近的像元对应的偏振装置具有各不相同的偏振角度。

4.根据权利要求3所述的摄像机，其特征在于，所述偏振装置的偏振角度为0°、45°、90°或135°。

5.根据权利要求1所述的摄像机，其特征在于，所述偏振装置是通过MEMS工艺集成在像元上。

6.根据权利要求1所述的摄像机，其特征在于，所述感光阴极材料包括Si、Ge、GaAs、InGaAsP、InGaAs或InAs/GaAsSb II类超晶格。

7.根据权利要求1所述的摄像机，其特征在于，所述采集阳极包括光电倍增管、雪崩光电二极管、单光子雪崩二极管、硅光电倍增管、增强型光电极管、电子倍增CCD或科学级sCMOS。

8.一种摄像方法，其特征在于，所述方法包括：

在第一焦距下获取第一单光子偏振图像原始数据；

在第二焦距下获取第二单光子偏振图像原始数据；其中，第一焦距小于第二焦距；

对第一单光子偏振图像原始数据和第二单光子偏振图像原始数据分别进行重建，获得第一单光子偏振图像和第二单光子偏振图像；

对第一单光子偏振图像和第二单光子偏振图像进行特征匹配，计算深度信息，获取3D图像。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述计算深度信息具体为：；

其中，Z为摄像机到物点所在平面的距离值，f₁和f₂分别代表第一焦距和第二焦距，l₁和l₂分别代表垂直光轴的平面空间内两物点分别在第二焦距和第一焦距下两像点向量大小。