[发明专利]一种连续波相位测量式单像素三维成像系统及方法

摘要

一种连续波相位测量式单像素三维成像系统及方法，涉及三维成像技术，目的是为了满足三维成像技术的发展需求。光场调制器将发射光调制为空间随机分布的散斑光场去照明目标，单元探测器收集从目标上返回的所有光信号，将接收信号与发射信号进行混频，经积分器累积后发送给计算机进行保存，同时计算机记录散斑光场的随机分布，多次改变随机散斑场，分别进行记录，最终可解算出目标的三维像。本发明所述的系统及方法不需要对信号进行高速采样，大大地减小了系统的硬件开销，同时提高了系统的成像速度，而且使系统的分辨率摆脱了高速采样带宽的限制。

主权项

1.一种连续波相位测量式单像素三维成像方法，其特征在于，该方法为：步骤一、对光源产生的连续光进行正弦调制，使正弦调制后的光入射至光场调制器(3)上；所述光场调制器(3)在计算机(10)产生的随机矩阵的控制下产生随机图样，进而产生随机光场，该光场用于对目标进行照明；采用单元探测器(2)探测目标返回的光波；对正弦调制信号和单元探测器(2)输出的探测信号进行混频，对混频后的信号进行积分，得到积分值；计算机(10)每改变一次随机矩阵，便得到一个积分值；多个随机矩阵构成随机散斑序列，多个积分值构成积分值序列；将随机散斑序列与积分值序列进行相关运算或压缩感知运算，得到二维图像；对于每个像素，假定：发射信号为：PT＝P0[1+msin(ωt)]接收信号为：PR＝P1[1+msin(ωt+φ)]混频后为：对多个整数周期的混频信号积分平均后的输出值为：所述二维图像中每个像素的强度公式为：其中A为强度，P0为发射信号即连续信号源(6)产生的正弦信号的幅值，P1为探测信号即单元探测器(2)的输出信号的幅值，m为调制深度，φ为探测信号的相位；A可以根据二维图像获得，A、P0和m为已知，P1和φ为未知，步骤二、将正弦调制信号进行不同的相位延迟，重复步骤一，得到多个强度公式，求解多个强度公式构成的方程组，得到每个像素的φ值；步骤三、利用公式计算每个像素的距离，其中R为所述距离，c为光速，f为正弦调制信号的频率，根据所有像素的距离数据得到三维图像。