[实用新型]一种频率与曝光可调的飞行时间三维成像装置

说明书

本实用新型公开了一种频率与曝光可调的飞行时间三维成像装置，包括光源驱动器，调制辐射源，飞行时间传感器，模数转换器，数据传输单元，主控器，计算机及滤光镜头。调制辐射源发射频率与曝光时间可调的高频调制信号照射目标场景，飞行时间传感器接收目标场景的反射信号，实现相位信息的解调与输出，此后，模数转换器将飞行时间传感器的模拟信号转换为数字信号输入到数据传输单元进而传输至计算机优化处理后重建为三维图像。该装置由计算机通过数据传输单元发送命令控制三维成像装置的调制频率与曝光时间，能有效地对调制频率及曝光时间进行设定，以满足不同精度测量要求以及不同距离环境下的测量要求。

技术领域

本实用新型涉及三维测量与成像领域，尤其是一种频率与曝光可调的飞行时间三维成像装置。

背景技术

随着VR技术的兴起，3D技术应用受到了更多的关注。目前获取3D信息的方式主要有3 种：立体视觉系统，激光距离扫描仪，TOF相机。立体视觉系统利用相关性原理，它的主要缺点有相关、视域限制以及分配问题。激光扫描仪通过发射一束扫描光线来进行距离测量，它的主要缺点是不能提供2D灰度图像以及实时提供距离图像。TOF相机结合有源传感器及相机方法，提供2D灰度图像及实时的距离信息。TOF相机还可以很好的处理屋内各种部分如墙面、地板、天花板等。此外TOF获取的3D点云以及实时数据流可以用于移动目标，从而能在当前许多新兴领域发挥重要的作用，如物体识别、手势识别、3D模型、机器人、监控、汽车防撞系统、医疗、人机互动游戏等。

飞行时间法的三维成像特点在于发射4次相移高频调制信号辐射目标场景，反射后的信号则会因距离不同而产生不同相位差，再由相关函数法解调飞行过程中的相位差。该方法主要体现在单镜头、低造价、高精度、实时成像、动态量程大、可以实现高集成度。但是，对于TOF成像装置，测距精度会受到调制频率、曝光时间以及外部环境的影响。目前大多数TOF 相机只允许修改曝光时间，而调制频率为固定值，对于测量目标较远及精度较高的物体，则表现不足。

TOF技术是测量光信号从光源发射到物体再反射回探测器所需要的时间，实际中由于计算光的飞行时间对芯片速率要求较高，通常采用调制解调方法，借由发射高频调制信号至目标场景，光在反射回传感器时与发射信号存在与距离相关的相位差，通过解调出相位差再利用相位差与飞行时间关系，得到距离信息。

飞行时间测距原理在Lange R.3D time-of-flight distance measurement withcustom solid-state image飞行时间传感器s in CMOS/CCD-technology[J].Diss.,Department of Electrical Engineering and Computer Science,University ofSiegen,2000.与Schwarte R,Heinol H G,Buxbaum B,et al.Principles of three-dimensional imaging techniques[J]. 1999.中有对其进行描述。更多关于飞行时间相机方法在Lange R,Seitz P.Solid-state time-of-flight range camera[J].IEEE Journalof Quantum Electronics,2001, 37(3):390-397.文献及申请US8233143和US6580496中被描述。

实用新型内容

本实用新型旨在解决飞行时间成像测距适应范围不足问题，提出了一种频率与曝光可调的飞行时间三维成像装置，可分别对调制频率与曝光时间进行设定，准确实时地获取目标场景的三维信息，从而扩大TOF成像装置的使用范围及提高了适应性。