[发明专利]一种基于TOF的三维成像系统

说明书

本发明公开了一种基于TOF的三维成像系统，包括激光发射模块、感光传感器、ARM处理器模块、FPGA处理模块、存储器模块、千兆网口、显示模块和温度传感器；本发明通过发射主动光源发射一束红外光，光信号在沿传播方向传播遇到障碍物反射回来并通过镜头接收，并滤除环境光的影响，感光器通过接收回光量来感知目标的位置以及距离。本发明能够实现十米以内目标的三维成像，并且能够实现较高的测量精度；而且本发明具有较远的测量范围，在确保测量精度的同时能够适应一定的环境光影响，而且能够获得较高的帧率；本发明简单有效，且易于实用。

技术领域

本发明属于三维成像以及激光雷达领域，涉及三维成像技术，具体是一种基于TOF的三维成像系统。

背景技术

三维图像不仅能够获取平面图像信息而且能够获取深度信息，具有广泛的应用场景。常用的三维图像成像方法包括双目和结构光方案。该方案可以获取较高的分辨率和测量精度，但是测量距离较短，而且受到环境光的影响较大。现有的基于TOF的三维图像成像方法具有复杂的电路设计和补偿过程，计算复杂，难以获得较高的帧率，而且容易受到背景光的影响。基于机械扫描式的激光雷达，结构设计又非常复杂。

为了解决上述缺陷，现提供一种解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于TOF的三维成像系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于TOF的三维成像系统，包括激光发射模块、感光传感器、ARM处理器模块、FPGA处理模块、存储器模块、千兆网口、显示模块和温度传感器；

其中，激光发射模块、存储器模块、FPGA处理器模块、千兆网口分别与ARM处理器模块连接；千兆网口与显示模块连接，激光发射模块与温度传感器连接，感光传感器与FPGA处理模块连接；

所述ARM处理器模块控制激光发射模块发射光信号，光信号为940nm的窄带激光，光信号经过12MHZ的正弦信号调试得到调制光信号，在光源的发射端采用扩散片将能量集中的激光扩散从而增加激光的发散角度；激光发射模块将调制光信号发射到目标，经过目标反射到感光传感器；

所述感光传感器接收目标反射回来的调制光信号；所述感光传感器在接收到的调制光信号之前会经过一个窄带滤光片，滤除除940nm之外的其他波段的光，这样使得感光传感器只响应940nm波长的光，得到滤光信号；

感光传感器将接收到的滤光信号转换为电子数量，并以电压的形式记录电子数量得到电压信号，在感光传感器内部经过模数转换器将电压信号转换为数字信号传输给FPGA处理模块；且每个像素点通过四次曝光时间分别计算四次积累的电子数量S，每次曝光时间相差90°相位；

FPGA处理模块还用于通过每个像素所积累的电子数量计算发射光与反射光之间的相位差，并对相位差进行分析得到深度信息D和强度信息I；

所述FPGA处理模块将计算得到的深度信息D和强度信息I存放到存储器模块中，并对测量到的深度信息进行校准；

具体校准方法为：在一个标准的校准装置中找到各个不同的距离对应的积累电子的数量形成一张表，最后的校准过程就是通过查表来确定测量的实际距离；将校准后的深度信息和强度信息通过千兆网接口传输给显示模块；

所述显示模块用于显示测试出来的校准后的深度信息和强度信息，借助距离图像、强度图像和点云图像表示。

进一步地，所述扩散片为60°*45°的扩散片。

进一步地，所述FPGA处理模块计算相位差并对相位差分析得到深度信息D和强度信息I的具体方法为：

步骤一：将经过一个周期四次曝光，分别得到四次曝光所获取的电子量并将其依次标记为S0′，S1′，S2′，S3′；