[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

摘要

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。

主权项

1.一种基于多频外差的多方向结构光同步扫描成像装置，其特征在于，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；所述通过处理计算机处理面探测器探测到的多频外差信号包括：面探测器帧频设置为多频外差信号最大外差频率的两倍以上，面探测器探测到的多频外差信号S为一个数据矩阵S[r,c,ttotal]，其中，r为探测器行像素数，c为探测器列像素数，ttotal为探测图像总帧数；多方向结构光分别对应不同的外差调制频率；对多频外差信号的各帧图像分别进行空域二维快速傅里叶变换，获得各帧图像的空域频谱：Fs＝FFT2(S)；其中，FFT2表示二维快速傅里叶变换，各帧图像总的空域频谱Fs为三维矩阵Fs[r,c,ttotal]；对总的空域频谱Fs中各像素点对应的时域信号进行时域一维快速傅里叶变换，从而在对应外差频率处获得所需方向结构光的空域频谱：Ft＝FFT(Fs)；其中，FFT表示一维快速傅里叶变换，各像素点总的时域频谱Ft为三维矩阵Ft[r,c,ttotal]；结构光扫描信号为多频外差、多方向信号，并设置各移频模块的移频量使得所需方向结构光的外差频率与其他方向结构光不同，以使所需方向结构光调制在不同的外差频率载波上，从而在Ft中对应外差频率处获得所需方向结构光的空域频谱Fo：Fo(fm‑fn)＝Ft[1:r,1:c,(fm‑fn)]，(1≤m≤N,1≤n≤N)；将对应不同结构光的空域频谱F_o(f_m‑f_n)(1≤m≤N,1≤n≤N)按照空间分布进行相对移动并拼接得到完整的目标空域频谱F_all，k₀为波矢量模值；其中，f_m与f_n分别表示对应第m个与第n个移频模块中声光移频器的+1移频光束的移频量，与分别表示对应第m个与第n个移频模块中声光移频器的+1移频光束的光束空间传播矢量；对Fall进行二维快速逆傅里叶变换，获得重建目标O'：O'＝iFFT2(Fall)；其中，iFFT2表示二维快速逆傅里叶变换。