光学成像系统的制作方法

本实用新型涉及光学成像技术领域，特别涉及一种光学成像系统。

背景技术：

光学扫描装置是一种使用准直光束进行非接触式目标物体扫描测距的设备。通过移动光学扫描装置可以对目标物体进行全面的扫描。光学扫描装置相比于超声波、图像检测等手段，具有扫描测距精度高、测距速度快等优点，因此，光学扫描装置在工业设计、影视和游戏制作、模具制作、医疗整形、文物考古等领域得到广泛应用。现有的光学扫描装置通常无法获取微小物体清晰的三维图像，光学扫描装置的应用受到限制。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有的光学扫描装置通常无法获取微小物体清晰的三维图像，光学扫描装置的应用受到限制的问题，提供一种光学成像系统。

一种光学成像系统，包括：

出光模块，包括耦合器，所述耦合器用于发出多束相干光并将所述多束相干光投射至待测物体；

采集模块，用于采集待测物体被所述多束相干光照射后的干涉图像；及

重构模块，与所述采集模块电连接，用于根据所述干涉图像重构所述待测物体的三维轮廓。

在其中一个实施例中，所述重构模块包括：

第一获取单元，用于获取所述干涉图像的每个待测点的深度；

第二获取单元，用于获取所述干涉图像的每个待测点在所述干涉图像上的二维坐标；及

重构单元，用于对所述干涉图像的每个待测点的深度及所述干涉图像的每个待测点在所述干涉图像上的二维坐标进行计算，以重构所述待测物体的三维轮廓。

在其中一个实施例中，所述第一获取单元包括：

选取单元，用于选取所述干涉图像上的任意一待测点作为参考点；

第一计算单元，用于计算最靠近所述参考点的两个光斑点之间的距离；

第二计算单元，用于计算所述干涉图像上最靠近每个待测点的两个光斑点之间的距离；

第三计算单元，用于根据所述最靠近所述参考点的两个光斑点之间的距离及所述干涉图像上最靠近每个待测点的两个光斑点之间的距离计算得到该点的深度。

在其中一个实施例中，所述出光模块还包括光源，所述光源用于发出相干光；所述耦合器一端与所述光源连接，另一端作为所述多束相干光的输出端面。

在其中一个实施例中，所述光源包括半导体激光器。

在其中一个实施例中，所述耦合器远离所述光源的一端包括多根光纤。

在其中一个实施例中，所述耦合器远离所述光源一端的多根光纤的尺寸相同。

在其中一个实施例中，所述采集模块设置于所述耦合器远离所述光源的一端。

在其中一个实施例中，所述采集模块包括摄像头。

在其中一个实施例中，所述摄像头上设置有光学滤波片。

上述的光学成像系统，出光模块包括耦合器，耦合器发出多束相干光并将多束相干光投射至待测物体，采集模块采集待测物体被多束相干光照射后的干涉图像，重构模块根据干涉图像重构待测物体的三维轮廓。采用耦合器出射多束相干光，由于耦合器包含光纤，使得照射至待测物体的光路可控，且耦合器可以深入物体内部对物体进行扫描测量，能够对微小物体进行扫描成像，通过耦合器出射相干光获得待测物体的干涉图像精度高，从而根据高精度的干涉图像能够得到待测物体的清晰的三维图像。

附图说明

图1为一实施例中的光学成像系统的功能模块图；

图2为一实施例中的光学成像系统的结构示意图；

图3为一实施例中的重构模块的功能模块图；

图4为一实施例中的第一获取单元的功能模块图；

图5为一实施例中的光纤端面的坐标示意图；

图6为一实施例中的像平面的坐标示意图；

图7为一实施例中的点阵图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的首选实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本实用新型的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方法或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

请参阅图1及图2，本申请实施例提供一种光学成像系统，光学成像系统包括出光模块10、采集模块20及重构模块30。出光模块10包括耦合器13，耦合器13用于发出多束相干光并将多束相干光投射至待测物体100。采集模块20用于采集待测物体100被多束相干光照射后的干涉图像。重构模块30与采集模块20电连接，用于根据干涉图像重构待测物体100的三维轮廓。

出光模块10还包括光源12，光源12用于发出相干光。耦合器13一端与光源12连接，另一端作为多束相干光的输出端面11。光源12可以包括半导体激光器，半导体激光器发射相干激光，采用半导体激光器作为光源12，可以使得发射的相干激光稳定、相干性好，且半导体激光器具有体积小、寿命长的优点。

耦合器13的两端均为光纤，与光源12连接的一端为一根光纤，另一端为多根光纤。耦合器13与光源12连接的一端输入光源12发出的单个光束，另一端的每根光纤用于输出一束相干光，即从远离光源12的耦合器13输出端面11出射的光束振动方向相同、振动频率相同、相位相同或相位差保持恒定。在一实施例中，耦合器13远离光源12一端的多根光纤的尺寸相同，从而可以保证从每根光纤远离耦合器13的端面出射的光束为相干光。进一步的，光纤的数量可以为3根、4根或其他数量，在此不做限定。采用耦合器13传输光源12发射的相干光，由于光纤柔软可弯折，因此，光纤出光端面可以深入待测物体100内部对物体进行扫描，不受物体表面遮挡的限制，且光路可控，可靠性高，成本低。

采集模块20设置于耦合器13远离光源12的一端，从而采集模块20能够随着光纤的移动而移动，使得相干光的发射与干涉图像的采集能够同步进行，提高采集图像的精度。在一实施例中，采集模块20包括摄像头，摄像头可以是针孔摄像头，针孔摄像头配合光纤可以实现对微小结构的待测物体100进行三维扫描。进一步的，摄像头上设置有光学滤波片，从而能够滤除环境光，使得采集得到的图像的精度更高。

请参阅图3，重构模块30包括第一获取单元31、第二获取单元32及重构单元33。

第一获取单元31用于获取干涉图像的每个待测点的深度。第二获取单元32用于获取干涉图像的每个待测点在干涉图像上的二维坐标。重构单元33用于对干涉图像的每个待测点的深度及干涉图像的每个待测点在干涉图像上的二维坐标进行计算，以重构待测物体100的三维轮廓。采集模块20采集到的干涉图像为二维图像，干涉图像包括多个点，每个待测点在干涉图像的二维平面上的位置均可以用一个二维坐标表示。每个待测点的深度为根据干涉图像计算得到的第三个坐标，每个待测点的深度区别于该点的二维坐标，每个待测点的深度与该点的二维坐标共同构成构建待测物体100上的对应点的三维坐标。每个待测点的深度反映了该点与参考点的高度调制。

请参阅图4，第一获取单元31包括选取单元311、第一计算单元312、第二计算单元313及第三计算单元314。选取单元311用于选取干涉图像上的任意一待测点作为参考点。第一计算单元312用于计算最靠近参考点的两个光斑点之间的距离。第二计算单元313用于计算干涉图像上最靠近每个待测点的两个光斑点之间的距离。干涉图像上每个待测点的深度与最靠近该点的两个光斑点之间的距离相关。第三计算单元314用于根据最靠近参考点的两个光斑点之间的距离及干涉图像上最靠近每个待测点的两个光斑点之间的距离计算得到该点的深度。

通过二维的干涉图像计算待测物体100的深度信息，再根据二维的干涉图像及待测物体100的深度信息构建待测物体100的三维轮廓，数据处理简单，计算精度高，从而能够重构待测物体100清晰的三维轮廓。

下面以一实施例说明干涉图像上每个待测点的深度与最靠近其的两个光斑点之间的距离的关系。

请参阅图5，该实施例中耦合器13远离光源12一端的光纤的数量为3根，每根光纤的端面为圆形，以3根光纤端面的圆心为顶点，组成一个边长为a的等边三角形，以该等边三角形的几何中心为原点坐标建立二维坐标系，3根光纤端面圆心的坐标分别为和如图6及图7所示，假设从3根光纤端面出射的三路光在像平面u上形成干涉点阵图，像平面u上的任意一待测点p(x，y)与3根光纤端面的圆心的距离分别为：和

则r1+r2≈r1+r3≈r2+r3≈2d

其中，r1，r2和r3分别为3根光纤端面的圆心与点p(x，y)的距离，d为光纤端面与像平面u的距离。根据光的干涉原理，点p(x，y)的总光强为：

其中，λ为光源12发射的光波的波长，δ为光程差，δ21,δ31,δ32为固有相位差，近似地，δ21＝δ31＝δ32＝0，因此，

从而，点阵图上相邻的两个光斑点之间的距离为：

由于点阵图上相邻的两个光斑点之间的距离可以从点阵图上获得，而点阵图上最靠近任意一待测点的两个光斑点必相邻，因此，

则干涉图像上每个待测点的深度为：其中，d0为最靠近参考点的两个光斑点之间的距离，d1为干涉图像上最靠近每个待测点的两个光斑点之间的距离，d0为参考点对应的待测物体点与光纤端面之间的距离，d1待测物体点与光纤端面之间的距离。当参考点选定后，d0为已知。

由该实施例可知，干涉图像上每个待测点的深度决定于与最靠近其的两个光斑点之间的距离。

本申请的光学成像系统，出光模块10包括耦合器，耦合器发出多束相干光并将多束相干光投射至待测物体100，采集模块20采集待测物体100被多束相干光照射后的干涉图像，重构模块30根据干涉图像重构待测物体100的三维轮廓。采用耦合器出射多束相干光，由于耦合器包含光纤，使得照射至待测物体100的光路可控，且耦合器可以深入物体内部对物体进行扫描测量，能够对微小物体进行扫描成像，通过耦合器出射相干光获得待测物体100的干涉图像精度高，从而根据高精度的干涉图像能够得到待测物体100的清晰的三维图像。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。