一种适用于全纵深多目标的结构光鬼成像方法和装置

技术领域

本发明属于光成像技术领域，尤其涉及一种适用于全纵深多目标的结构光鬼成像装置和方法。

背景技术

鬼成像(Ghost imaging,GI)技术是一种新型成像技术，主要原理是基于光场强度涨落的关联测量技术，因此相比于传统的光学成像技术，鬼成像具有超高分辨率、抗噪声能力强、无需使用透镜成像等优点。然而，由于其涉及统计相关的性质，因此成像信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)通常不如传统的成像技术。而对于高质量的成像系统，应具有较高的分辨率和信噪比。三维鬼成像具有对不同纵深目标获取图像的特点，一般配合飞行时间法或者三角法实现三维成像，在诸多领域得到广泛应用。三维鬼成像本质是二维鬼成像的复合，因此，对于提升二维鬼成像质量成为获得高性能三维鬼成像技术的突破口。

结构化激光束(structured laser beams,SLB)一般是指具有空间结构的振幅、相位或偏振的光束，在空间上即通过振幅、相位和偏振方面对光场进行定制，或在时间及频谱方面对光场进行控制。在直角坐标系或柱坐标系下求解傍轴标量亥姆霍兹方程，可以分别得出Hermite-Gaussian(HG

空间结构光的产生分为腔内直接激发结构光和腔外调控产生结构光两大类，但由于腔内激发结构光会受到谐振腔的限制，导致输出的模式有限，因此相对于腔内直接激发结构光的方法，通过在腔外光路中直接插入空间光调制器件的方法更加灵活。近年来，通过使用数字微镜设备(DMD)，采用振幅控制方法构造结构光已经成为研究热点。

从实际应用的角度，视场内通常存在多个目标，传统鬼成像在不同纵深的光强因景深问题导致难以获得清晰图像，尽管能够通过后续离焦系数进行补偿，但需要通过先验知识，尤其是多目标条件下，需要通过光学变焦器件实现对不同纵深的切换，典型工作方式为：采用沿光轴特定距离的几个镜片的机械轴向运动来实现变焦功能之外，也可以采用液体透镜等焦距可变器件，但这些不仅增加了系统成本与功耗，同时也会导致效率降低，难以应用于运动目标、生物医疗、无人驾驶以及机器人感知等成像与探测领域。因此，如何同时兼顾效率与不同纵深的成像质量，成为亟待研究的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种适用于全纵深多目标的结构光鬼成像装置和方法，可在不同纵深下的多目标进行探测与鬼成像，从而提高图像质量的GI方案。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种适用于全纵深多目标的结构光鬼成像方法，包括以下步骤：

步骤S1、获取多束结构光；

步骤S2、所述多束结构光通过柔性快速变焦器件扩大目标区域的纵深搜索范围；

步骤S3、对所述目标区域内多束结构光进行采样，得到光强值；

步骤S4、将所述光强值和对应的散斑信息进行图像重构。

作为优选，步骤S1中，激光经DMD调制后生成多束结构光。

作为优选，步骤S3中，所述光强值S

其中，P

作为优选，步骤S4中，将光强值S

其中，N为投射的散斑总数，

本发明还提供一种适用于全纵深多目标的结构光鬼成像装置，包括：

获取模块，用于获取多束结构光；

处理模块，用于所述多束结构光通过柔性快速变焦器件扩大目标区域的纵深搜索范围；

采样模块，用于对所述目标区域内多束结构光进行采样，得到光强值；

重构模块，用于将所述光强值和对应的散斑信息进行图像重构。

作为优选，所述获取模块通过激光经DMD调制后生成多束结构光。

作为优选，所述光强值S

其中，P

作为优选，所述重构模块将所述光强值S

本发明采用腔外光路中加入DMD的方式产生结构光束，从而代替传统的脉冲光束，通过结构光束中激光模式变化的方法针对不同纵深下的多目标进行探测与鬼成像，从而提高图像质量的GI方案。

附图说明

图1为本发明实施例适用于全纵深多目标的结构光鬼成像方法的场景示意图；

图2为本发明实施例适用于全纵深多目标的结构光鬼成像方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

本发明实施例提供一种适用于全纵深多目标的结构光鬼成像方法，以结构光束与鬼成像技术相结合的探测模式，实现对多目标的高效准确探测。设计目的是在保证准确探测目标的同时，尽可能提升探测效率及成像清晰度，同时兼顾技术未来的拓展与实用性。如图1所示，本发明实施例包含发射、探测及接收三部分：发射方面：采用激光光源作为结构光束可在远距离传输时保证结构光束光场保持不变，且通过研制Alvarez柔性光学快速变焦光学器件，从根本上解决传统机械变焦带来的稳定性差的问题，实现不同纵深目标的高效成像。探测方面：由DMD产生的含不同模式的结构光对不同目标进行探测可提升探测准确性、清晰度及探测效率。接收方面：针对不同类型探测物体采用不同探测器，如图1所示探测器A、B、C。

如图2所示，本发明实施例提供一种适用于全纵深多目标的结构光鬼成像方法，包括以下步骤：

步骤S1、激光经DMD调制后生成不同模式的多束结构光；

步骤S2、所述多束结构光通过柔性快速变焦器件扩大目标区域的纵深搜索范围；

步骤S3、对所述目标区域内多束结构光进行采样，得到光强值；

步骤S4、将所述光强值和对应的散斑信息进行图像重构。

作为本发明实施例的一种实施方式，步骤S1中，每束结构光针对不同目标包含不同模式，提高空间分辨率及探测效率

作为本发明实施例的一种实施方式，步骤S3中，对多束结构光进行采样由单点探测器A、B、C接收，单点探测器接收不同模式产生的不同光强变化的光束，探测器接收到的光强值S

其中，P

作为本发明实施例的一种实施方式，步骤S4中，将探测器得到的光强值S

其中，N为投射的散斑总数，

本发明具有以下技术效果：

1、结构光束可通过激光模式变化从而提高图像质量，且腔外利用DMD的方法产生的激光模式较为丰富，灵活性较高；

2、对于多目标的并行成像系统，由于多目标横向会产生重叠，本文拟应用结构光束对多目标进行探测，针对不同目标采用不同模式光束，从而产生避免重叠具有较好的成像质量的图像。

实施例2：

本发明实施例还提供一种适用于全纵深多目标的结构光鬼成像装置，包括：

获取模块，用于获取多束结构光；

处理模块，用于所述多束结构光通过柔性快速变焦器件扩大目标区域的纵深搜索范围；

采样模块，用于对所述目标区域内多束结构光进行采样，得到光强值；

重构模块，用于将所述光强值和对应的散斑信息进行图像重构。

作为本发明实施例的一种实施方式，所述获取模块通过激光经DMD调制后生成多束结构光。

作为本发明实施例的一种实施方式，所述光强值S

其中，P

作为本发明实施例的一种实施方式，所述重构模块将所述光强值S

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，在任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所述的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。