[发明专利]一种基于微腔光频梳的测距及线扫描三维成像的方法及系统

说明书

本发明涉及测距及三维成像技术领域，特别涉及一种基于微腔光频梳的测距及线扫描三维成像的方法及系统。本发明使用波长为近红外的微腔光频梳，使得物体表面可见光波段的杂散光对测量的影响降到最小，系统具备较强的抗干扰能力，满足工程测量的使用场景。同时在现有的技术条件下，波长为近红外波段微腔光频梳有成熟稳定的制造方法。并且该系统中，实现测距与物体表面三维成像可以通过快速更换测距模块与三维成像模块，使用一套系统完成两种功能。

技术领域

本发明涉及测距及三维成像技术领域，特别涉及一种基于微腔光频梳的测距及线扫描三维成像的方法及系统。

背景技术

光学频率梳，简称“光频梳”，是一把测量频率和时间的尺子，在频谱上由一系列分立、严格等间隔的梳状频谱线组成，光频梳提供了无论时间相干性抑或者空间相干性都很出色的相干光源，当待测物体发生形变(或位移)时，引起干涉条纹发生变化，还可进行高精度三维测量，并可以对相对较大尺寸的工件进行精密测量。

光频梳的最大优势是可以测量物体的绝对位移，也就是说不需要在物体表面发生位移，引起干涉条纹变化的情况下才可以进行测量。而微腔光频梳通过利用微腔制造工艺为光频梳实现芯片化提供了可能，微腔光频梳具有重复频率高以及光谱范围广的特点，还具有体积小、可芯片集成的优点。

基于激光的三维物体扫描光谱成像是具有深度信息的非接触表面测绘，将单点绝对距离测量与机械扫描相结合，能够准确提供待测物体的表面轮廓。

由于传统的激光测量方法必须在物体发生位移，也就是物体发生形变的情况下才能进行位移测量，无法测量物体的绝对位移。并且传统的光频梳由于体积过大，使得基于传统光频梳制造的光学测量仪器体积都较为庞大，便携性差，难以应用在对测量仪器有尺寸要求的工程场合。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种基于微腔光频梳的测距及线扫描三维成像的方法及系统，其使用波长为近红外的微腔光频梳，使得物体表面可见光波段的杂散光对测量的影响降到最小，系统具备较强的抗干扰能力，满足工程测量的使用场景。

本发明所采用的技术方案如下：

一种基于微腔光频梳的测距及线扫描三维成像的方法，包括测距的方法和线扫描三维成像的方法，其中，所述的测距的方法包括以下步骤：

A1、光频梳发出超短激光脉冲；

A2、利用分光棱镜将激光器发出的激光脉冲分为两路，一路作为第一测量光路，一路作为第一参考光路；

A3、第一参考光路与第一测量光路这两路激光分别经过参考反射镜和目标反射镜反射后，重新在分束器合束，得到两路的光程差；

A4、利用光栅光谱仪接收干涉信号，并利用法布里－珀罗标准具的模式滤波原理对光频梳进行稀疏化；

A5、通过对光学频率梳的干涉测距数据进行处理，由光谱解算待测距离L；

所述的线扫描三维成像的方法具体包括以下步骤：

B1、光频梳发出超短激光脉冲，并将物体放在可以沿y方向平行移动的置物台上；

B2、利用分光棱镜将激光器发出的激光脉冲分为两路，第一路作为第二测量光路，第二路经过扩束与一维色散元件，为第二参考光路；

B3、第二参考光路经过参考反射镜反射，第二测量光路经过分梳棱镜扩散射入物理表面并形成回波后，两路激光在分束器重新进行合束，得到两路的光程差；

B4、控制伺服电机使载物台沿y方向平移，直至线扫描光扫描过整个物体；

B5、利用光栅光谱仪接收干涉信号，并利用法布里－珀罗标准具的模式滤波原理对光频梳进行稀疏化；