[发明专利]基于多频外差的多方向结构光同步扫描成像装置

说明书

本发明公开了一种基于多频外差的多方向结构光同步扫描成像装置，该装置采用多光束干涉产生多方向结构光，不需要机械转动目标；外差干涉实现结构光的相移扫描，不需要机械平移；外差干涉获得多帧相移信号，频谱重建精度高抗噪性好；采用多频外差方式，产生的多方向结构光扫描信号可分离，可以实现多方向结构光同步扫描及探测；多方向搬移频谱拼接后可实现高分辨成像。

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种基于多频外差的多方向结构光同步扫描成像装置。

背景技术

结构光扫描成像技术利用投影条纹扫描目标实现对目标空域频谱的搬移，从而实现超分辨成像。相比其他三维成像技术，该技术具有非接触、面探测的优势。

为实现多方向的空域频谱搬移，结构光扫描成像系统需要产生多个方向的结构光。同时，为了能够正确提取频谱，需要在各方向下实现结构光的相移扫描。因此，该技术的关键在于产生多方向、相移扫描的结构光。

现有结构光成像装置主要有如下几种方案：

1、光栅投影实现结构光扫描成像。该技术利用均匀光照明物理光栅产生结构光；利用机械装置移动光栅，实现结构光的相移扫描；利用机械装置转动光栅或目标，从而获得不同相对方向的结构光。然而，该方案缺点主要为：需要制备高精度光栅；需要机械移动光栅及转动目标，精度较低；分时扫描及探测，不能同步探测。

2、空间光调制器投影实现结构光扫描成像。该技术采用空间光调制器(SLM)对照射到其上的均匀光进行调制，产生结构光；控制调制器在不同时刻产生不同方向、不同相对相移的结构光，实现对目标的多方向结构光扫描。然而，该方案缺点主要为：空间光调制器的空间分辨率较低，产生结构光空间频率有限；分时扫描及探测，不能同步探测。

3、双光束干涉实现结构光扫描成像。该技术利用双光束干涉产生正弦结构光；利用压电陶瓷促动器(PZT)推动光路中一个反射镜，改变两束光的相对光程，实现结构光的相移扫描；机械转动目标获得不同相对方向的结构光；然而，该方案缺点主要为：PZT推动反射镜实现扫描，存在相移误差；机械旋转目标，精度较低；分时扫描及探测，不能同步探测。

由此可见，现有结构光成像装置采用光栅投影、空间光调制器投影、双光束干涉等方式，分时产生不同方向的相移扫描结构光，系统中存在机械运动，影响精度；且多方向的结构光不能同步产生，当存在目标形变或外界振动时，将影响重建精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于多频外差的多方向结构光同步扫描成像装置，具有不含机械运动、多帧外差相移频谱重建精度高抗噪性好、多方向结构光同步扫描及探测、成像分辨率高的优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于多频外差的多方向结构光同步扫描成像装置，包括：激光器、N个分束模块、N个移频模块、多光束扩束及位置调整模块以及成像及探测处理模块；其中：

所述激光器，用于输出偏振相干光；

所述N个分束模块均与激光器相连，用于对激光器出射光进行分光，获得N路同偏振态的相干光；

所述N个移频模块与N个分束模块之间一对一与连接，用于分别对应的调制输入的相干光，且各移频模块移频量互不相等；

所述多光束扩束及位置调整模块，用于对每一移频模块输出的光束进行扩束处理，并调整N路出射光相对目标成等边形分布，且确保所有出射光以相同倾斜角度照射到目标上；

所述成像及探测处理模块，用于将目标和结构光成像到面探测器上，再通过面探测器进行探测，并通过处理计算机处理面探测器探测到的多频外差信号。

进一步的，所述分束模块包括：依次连接的1个半波片与1个偏振分光棱镜。