本申請涉及光束掃描，特別涉及一種基于超構(gòu)表面的點陣結(jié)構(gòu)光掃描方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著消費電子和自動駕駛等行業(yè)的快速發(fā)展，研發(fā)小型化、輕便、易于集成且系統(tǒng)簡單的三維探測系統(tǒng)變得日益重要。結(jié)構(gòu)光技術(shù)作為一種熱門的無接觸主動式三維探測技術(shù)，具有環(huán)境適應性強、探測精度高、探測速度快和成本低等優(yōu)點而備受關(guān)注。然而，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)光探測系統(tǒng)往往面臨著系統(tǒng)復雜和體積大等挑戰(zhàn)，而超構(gòu)表面為實現(xiàn)更緊湊、更高集成度的結(jié)構(gòu)光三維探測系統(tǒng)提供了新的解決途徑。

2、相關(guān)技術(shù)中，可以設(shè)計精細的亞波長納米結(jié)構(gòu)陣列，由于納米結(jié)構(gòu)對光波的局部作用，使得光波在通過這些微小結(jié)構(gòu)時，能夠根據(jù)具體設(shè)計發(fā)生預定的調(diào)制，進而實現(xiàn)特定的光學效果；也可以利用超構(gòu)表面調(diào)制激光高階衍射級次實現(xiàn)靜態(tài)點陣結(jié)構(gòu)光投射；也可以通過超構(gòu)表面實現(xiàn)動態(tài)可調(diào)激光光束掃描，進而提高三維探測精度與探測靈活性。

3、然而，相關(guān)技術(shù)中，基于超構(gòu)表面實現(xiàn)靜態(tài)點陣結(jié)構(gòu)光投射的技術(shù)存在探測距離與分辨率之間的相互制約；基于超構(gòu)表面實現(xiàn)動態(tài)可調(diào)激光光束掃描的技術(shù)存在探測視場角小或需要大范圍可調(diào)位移的問題，未能實現(xiàn)大視場高效率的動態(tài)三維探測，且增大超構(gòu)表面的平動位移范圍會相應增加微型執(zhí)行器的設(shè)計難度，也會一定程度上限制探測的精度與頻率，成為實現(xiàn)小型化結(jié)構(gòu)光三維探測系統(tǒng)性能的硬件瓶頸，亟需改進。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請?zhí)峁┮环N基于超構(gòu)表面的點陣結(jié)構(gòu)光掃描方法及裝置，以解決相關(guān)技術(shù)中，基于超構(gòu)表面實現(xiàn)靜態(tài)點陣結(jié)構(gòu)光投射的技術(shù)存在遠距離探測精度受限，以及基于超構(gòu)表面實現(xiàn)動態(tài)可調(diào)激光光束掃描的技術(shù)存在探測視場與探測效率受限等問題。

2、本申請第一方面實施例提供一種基于超構(gòu)表面的點陣結(jié)構(gòu)光掃描方法，包括以下步驟：基于一級超構(gòu)表面中至少一個陣列單元，獲取點陣結(jié)構(gòu)光掃描時入射光束的陣列光束；基于所述陣列光束，通過與所述一級超構(gòu)表面滿足預設(shè)間距條件的二級超構(gòu)表面生成所述入射光束的出射光束；基于所述出射光束，生成所述點陣結(jié)構(gòu)光掃描的掃描結(jié)果。

3、可選地，在本申請的一個實施例中，所述基于一級超構(gòu)表面中至少一個陣列單元，獲取點陣結(jié)構(gòu)光掃描時入射光束的陣列光束，包括：檢測所述一級超構(gòu)表面的口徑大小；基于所述口徑大小確定所述一級超構(gòu)表面中所有陣列單元的位置信息；基于所述位置信息得到所述所有陣列單元的一級相位信息；基于所述一級相位信息和入射光束生成所述陣列光束。

4、可選地，在本申請的一個實施例中，所述基于所述陣列光束，通過與所述一級超構(gòu)表面滿足預設(shè)間距條件的二級超構(gòu)表面生成所述入射光束的出射光束，包括：基于所述陣列光束，獲取所述二級超構(gòu)表面的二級相位信息；基于所述一級相位信息和所述二級相位信息，得到所述出射光束的總相位信息；基于所述總相位信息，生成所述出射光束。

5、可選地，在本申請的一個實施例中，所述出射光束方向角的表達式可以但不限于為：

6、

7、其中，α、β為方向角，dx為級聯(lián)超構(gòu)表面間x方向的平動，dy為級聯(lián)超構(gòu)表面間y方向的平動，λ0為波長，p為可自行設(shè)定的實常數(shù)，(γj，γi)為陣列單元的中心位置。

8、可選地，在本申請的一個實施例中，所述總相位信息的表達式可以但不限于為：

9、

10、其中，nm×nm為陣列規(guī)模，pm為陣列化周期。

11、本申請第二方面實施例提供一種基于超構(gòu)表面的點陣結(jié)構(gòu)光掃描裝置，包括：獲取模塊，用于基于一級超構(gòu)表面中至少一個陣列單元，獲取點陣結(jié)構(gòu)光掃描時入射光束的陣列光束；第一生成模塊，用于基于所述陣列光束，通過與所述一級超構(gòu)表面滿足預設(shè)間距條件的二級超構(gòu)表面生成所述入射光束的出射光束；第二生成模塊，用于基于所述出射光束，生成所述點陣結(jié)構(gòu)光掃描的掃描結(jié)果。

12、可選地，在本申請的一個實施例中，所述獲取模塊，包括：檢測單元，用于檢測所述一級超構(gòu)表面的口徑大??；確定單元，用于基于所述口徑大小確定所述一級超構(gòu)表面中所有陣列單元的位置信息；第一生成單元，用于基于所述位置信息得到所述所有陣列單元的一級相位信息；第二生成單元，用于基于所述一級相位信息和入射光束生成所述陣列光束。

13、可選地，在本申請的一個實施例中，所述第一生成模塊，包括：獲取單元，用于基于所述陣列光束，獲取所述二級超構(gòu)表面的二級相位信息；第三生成單元，用于基于所述一級相位信息和所述二級相位信息，得到所述出射光束的總相位信息；第四生成單元，用于基于所述總相位信息，生成所述出射光束。

14、可選地，在本申請的一個實施例中，所述出射光束方向角的表達式可以但不限于為：

15、

16、其中，α、β為方向角，dx為級聯(lián)超構(gòu)表面間x方向的平動，dy為級聯(lián)超構(gòu)表面間y方向的平動，λ0為波長，p為可自行設(shè)定的實常數(shù)，(γj，γi)為陣列單元的中心位置。

17、可選地，在本申請的一個實施例中，所述總相位信息的表達式可以但不限于為：

18、

19、其中，nm×nm為陣列規(guī)模，pm為陣列化周期。

20、本申請第三方面實施例提供一種電子設(shè)備，包括：存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述程序，以實現(xiàn)如上述實施例所述的基于超構(gòu)表面的點陣結(jié)構(gòu)光掃描方法。

21、本申請第四方面實施例提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)存儲計算機程序，該程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上的基于超構(gòu)表面的點陣結(jié)構(gòu)光掃描方法。

22、本申請第五方面實施例提供一種計算機程序產(chǎn)品，包括計算機程序，該程序被執(zhí)行時實現(xiàn)如上的基于超構(gòu)表面的點陣結(jié)構(gòu)光掃描方法。

23、本申請實施例可以基于一級超構(gòu)表面中至少一個陣列單元，獲取點陣結(jié)構(gòu)光掃描時入射光束的陣列光束，進而通過與一級超構(gòu)表面滿足一定間距條件的二級超構(gòu)表面生成入射光束的出射光束，由此點陣結(jié)構(gòu)光掃描的掃描結(jié)果，通過陣列式級聯(lián)超構(gòu)表面的設(shè)計，精細調(diào)控點陣結(jié)構(gòu)光的傳播路徑，實現(xiàn)在級聯(lián)超構(gòu)表面小范圍平動位移下的點陣結(jié)構(gòu)光大視場全覆蓋動態(tài)掃描，為高精度與靈活的探測提供卓越的新方案，同時該超構(gòu)表面具有體積小、重量輕、易集成的優(yōu)勢，能夠滿足當今消費電子和自動駕駛等行業(yè)對于小型化、輕便、易于集成且系統(tǒng)簡單的探測系統(tǒng)的迫切需求。由此，解決了相關(guān)技術(shù)中，基于超構(gòu)表面實現(xiàn)靜態(tài)點陣結(jié)構(gòu)光投射的技術(shù)存在遠距離探測精度受限，以及基于超構(gòu)表面實現(xiàn)動態(tài)可調(diào)激光光束掃描的技術(shù)存在探測視場與探測效率受限等問題。

24、本申請附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本申請的實踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種基于超構(gòu)表面的點陣結(jié)構(gòu)光掃描方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于一級超構(gòu)表面中至少一個陣列單元，獲取點陣結(jié)構(gòu)光掃描時入射光束的陣列光束，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述陣列光束，通過與所述一級超構(gòu)表面滿足預設(shè)間距條件的二級超構(gòu)表面生成所述入射光束的出射光束，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述出射光束方向角的表達式為：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述總相位信息的表達式為：

6.一種基于超構(gòu)表面的點陣結(jié)構(gòu)光掃描裝置，其特征在于，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述獲取模塊，包括：

8.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括：存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述程序，以實現(xiàn)如權(quán)利要求1-5任一項所述的基于超構(gòu)表面的點陣結(jié)構(gòu)光掃描方法。

9.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，其特征在于，該程序被處理器執(zhí)行，以用于實現(xiàn)如權(quán)利要求1-5任一項所述的基于超構(gòu)表面的點陣結(jié)構(gòu)光掃描方法。

10.一種計算機程序產(chǎn)品，其特征在于，包括計算機程序，該程序被執(zhí)行時，以用于實現(xiàn)如權(quán)利要求1-5任一項所述的基于超構(gòu)表面的點陣結(jié)構(gòu)光掃描方法。

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及光束掃描技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于超構(gòu)表面的點陣結(jié)構(gòu)光掃描方法及裝置，其中，方法包括：基于一級超構(gòu)表面中至少一個陣列單元，獲取點陣結(jié)構(gòu)光掃描時入射光束的陣列光束；基于陣列光束，通過與一級超構(gòu)表面滿足一定間距條件的二級超構(gòu)表面生成入射光束的出射光束；基于出射光束，生成點陣結(jié)構(gòu)光掃描的掃描結(jié)果。由此，解決了相關(guān)技術(shù)中，基于超構(gòu)表面實現(xiàn)靜態(tài)點陣結(jié)構(gòu)光投射的技術(shù)存在遠距離探測精度受限，以及基于超構(gòu)表面實現(xiàn)動態(tài)可調(diào)激光光束掃描的技術(shù)存在探測視場與探測效率受限等問題。

技術(shù)研發(fā)人員：尤政,邢飛,尤睿,趙曉光,張凌云,張馳,景曉麗
受保護的技術(shù)使用者：清華大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28