一種碼制三維全息傳感系統(tǒng)構(gòu)造方法
【專利摘要】本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：建立碼制三維全息傳感器系統(tǒng)，對(duì)實(shí)時(shí)變化的空間和物體信息進(jìn)行采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)互動(dòng)，對(duì)可能產(chǎn)生的干擾進(jìn)行特征屏蔽以保證三維信息獲取的可靠性，所獲取的信息必須是可以判據(jù)的實(shí)物、環(huán)境的實(shí)時(shí)真實(shí)的信息，包括位置、距離、大小、形狀、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等。碼制三維全息傳感系統(tǒng)構(gòu)造方法，其特征在于步驟為：（1）建立碼制三維全息傳感系統(tǒng)；（2）建立特征光源和獨(dú)立特征光碼；（3）實(shí)現(xiàn)44位碼制；（4）光碼速率特征、全幀周期特征、飛行時(shí)間特征和互擾解決方法；（5）三維信息采集和生成碼制三維全息影像空間。
【專利說明】一種碼制三維全息傳感系統(tǒng)構(gòu)造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明應(yīng)用于三維全息通訊、無人駕駛、智能車流管理、智能物流管理和工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化領(lǐng)域；通過本發(fā)明建立碼制三維全息傳感系統(tǒng)，可以對(duì)實(shí)時(shí)變化的三維空間環(huán)境和物體信息進(jìn)行采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)互動(dòng)，同時(shí)，對(duì)可能產(chǎn)生的干擾進(jìn)行特征屏蔽以保證三維信息獲取的可靠性。

【背景技術(shù)】
[0002]目前業(yè)內(nèi)對(duì)三維場景的獲取主要是基于多攝像機(jī)采集方法，即通過多個(gè)不同位置的攝像機(jī)在空間中與物體形成不同角度計(jì)算實(shí)體的位置、大小、形狀、色彩等信息，并根據(jù)如上信息估算出實(shí)際的點(diǎn)位距離，所獲取的信息經(jīng)技術(shù)還原具備較強(qiáng)三維立體感，這種技術(shù)在影視行業(yè)應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛。
[0003]多攝像頭技術(shù)屬于被動(dòng)信息源采集技術(shù)，在動(dòng)態(tài)環(huán)境和缺乏參考物的情況下不能作為空間距離和實(shí)物形體的判據(jù)方法。
[0004]三維全息通訊、無人駕駛、智能車流管理、智能物流管理和工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化領(lǐng)域不僅需要位置、大小、形狀等三維信息，而且，還需要對(duì)點(diǎn)位距離、形狀和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的信息進(jìn)行采集，所獲取的信息必須是可以判據(jù)的實(shí)物、環(huán)境實(shí)時(shí)真實(shí)的信息。
[0005]行業(yè)應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展，需要碼制三維全息傳感系統(tǒng)以適應(yīng)各個(gè)領(lǐng)域的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于:建立三維全息傳感器系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)變化的空間和物體信息進(jìn)行采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)互動(dòng)，對(duì)可能產(chǎn)生的干擾進(jìn)行特征屏蔽以保證三維信息獲取的可靠性，所獲取的信息必須是可以判據(jù)的實(shí)物、環(huán)境的實(shí)時(shí)真實(shí)的信息，包括位置、距離、大小、形狀、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
(I)建立碼制三維全息傳感系統(tǒng):
碼制三維全息傳感系統(tǒng)由獨(dú)立特征光源系統(tǒng)和特征光源接收系統(tǒng)組成；光譜范圍120nnTl3850nm之間設(shè)定為全息波段,獨(dú)立特征光源定義在全息波段范圍中的某一個(gè)定值或是全息波段中的一個(gè)區(qū)間范圍；建立獨(dú)立特征光源系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，選擇光的波段，并根據(jù)波段要求設(shè)計(jì)發(fā)光源設(shè)備，在發(fā)光源設(shè)備選定后還需要匹配通訊電路、控制電路，使發(fā)光源設(shè)備可以根據(jù)實(shí)際控制的需要進(jìn)行開關(guān)作業(yè)，獨(dú)立特征光源系統(tǒng)一個(gè)工作周期的開關(guān)起止時(shí)間的單位長度為特征光源制式，獨(dú)立特征光源制式之間設(shè)定的時(shí)間長度為特征光源的間，獨(dú)立特征光源與發(fā)光源設(shè)備、通訊電路、控制電路構(gòu)成了獨(dú)立特征光源系統(tǒng)；建立特征光源接收系統(tǒng)，特征光源接收系統(tǒng)由光電感應(yīng)器陣列、帶通濾波器、環(huán)境噪聲截止濾波器和透鏡組組成，光電感應(yīng)器接收到光照感生電子流，感生電子流通過光電感應(yīng)器中倍增器進(jìn)行放大，通過對(duì)電子流的測量以實(shí)現(xiàn)接收數(shù)據(jù)的判斷，一個(gè)光電感應(yīng)器為一個(gè)基本單元，把多個(gè)光電感應(yīng)器單元依照一定的距離橫向縱向排列布放進(jìn)而生成光電感應(yīng)器陣列，帶通濾光片布放于光電感應(yīng)器陣列光照一側(cè)，作用是從自然環(huán)境光中分離出作用的獨(dú)立特征光源，環(huán)境噪聲截止濾波器布放于光電感應(yīng)器陣列光照一側(cè)，作用是濾除自然環(huán)境中與獨(dú)立特征光源同帶的噪聲，通過對(duì)噪聲截止濾波器透光率的調(diào)校，吸收了自然光中存在的獨(dú)立特征光源同帶噪聲，并最大限度通過獨(dú)立特征光源，透鏡組布放于光電感應(yīng)器陣列光照一側(cè)，由一個(gè)或多個(gè)鏡頭組接而成，透鏡組的主要功能是收集被照物體反射光線并將其聚焦投影于光電感應(yīng)器陣列之上。
[0008](2)建立特征光源和獨(dú)立特征光碼:
建立特征光源:碼制三維全息傳感系統(tǒng)中獨(dú)立特征光源系統(tǒng)發(fā)出的光信號(hào)只有自己的特征光源接收系統(tǒng)識(shí)別和處理；特征光源包含獨(dú)立特征光源系統(tǒng)中相對(duì)固定的制式和間以及特征光源接收系統(tǒng)中相對(duì)固定的隔和快門閉合時(shí)間；獨(dú)立特征光源系統(tǒng)和特征光源接收系統(tǒng)須模式匹配，即一個(gè)制式和一個(gè)間的長度和須是一個(gè)隔和一個(gè)快門閉合時(shí)間長度和的正整數(shù)倍，設(shè)定該正整數(shù)倍數(shù)為I倍，由于獨(dú)立特征光源系統(tǒng)發(fā)出光信號(hào)經(jīng)物體反射后特征光源接收系統(tǒng)接收光信號(hào)的時(shí)間不確定，一個(gè)獨(dú)立特征光源的光信號(hào)可能存在占用兩個(gè)相鄰的特征光源接收系統(tǒng)的隔的情況，解決方法是在獨(dú)立特征光碼的前端設(shè)定長度大于等于2個(gè)光信號(hào)長度的碼頭，在獨(dú)立特征光碼中的特定位置設(shè)定長度大于等于2個(gè)光信號(hào)長度的碼中，在后端設(shè)定長度大于等于2個(gè)光信號(hào)長度的碼尾，當(dāng)碼頭和其之后的信號(hào)、碼中和其之間的信號(hào)、碼尾和其之前的信號(hào)發(fā)生錯(cuò)誤，系統(tǒng)可以根據(jù)碼頭、碼中、碼尾在隔中的情況對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行識(shí)別并對(duì)讀取的錯(cuò)誤信號(hào)進(jìn)行修復(fù)；建立獨(dú)立特征光碼:每個(gè)事物和其他事物都是相對(duì)立存在的，為實(shí)現(xiàn)事物之間特征區(qū)別，建立二進(jìn)制編碼系統(tǒng)，將每個(gè)碼制三維全息傳感系統(tǒng)的光信號(hào)均獨(dú)立編碼，加以區(qū)別，這樣的過程我們稱之為建立獨(dú)立特征光碼；在具備獨(dú)立特征光源的條件下建立獨(dú)立特征光碼過程是:二進(jìn)制數(shù)位上每位數(shù)字只能是O或I兩種，獨(dú)立特征光源發(fā)出的光信號(hào)也存在兩種情況，開和關(guān)；以獨(dú)立特征光源開為1，以獨(dú)立特征光源關(guān)為0，以制式和隔作為獨(dú)立特征光源和特征光源接收系統(tǒng)的位，那么，相鄰的制式和隔就是相鄰發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)位，獨(dú)立特征光源的開關(guān)過程同制式和間的數(shù)量，等價(jià)于二進(jìn)制數(shù)的1、0和與之形成的一個(gè)二進(jìn)制數(shù)列；二進(jìn)制數(shù)列是可以相互區(qū)別的，不同的數(shù)位和不同的數(shù)位上的數(shù)決定了其所代表的信息不同，這樣，獨(dú)立特征光碼之間也就實(shí)現(xiàn)了相互特征區(qū)別。
[0009](3)實(shí)現(xiàn)44位碼制:
44位碼制定義有效二進(jìn)制數(shù)列的位數(shù)為44，44位碼制有效二進(jìn)制數(shù)列之外可以添加碼頭、碼中、碼尾，44位碼制體制內(nèi)可以容納并區(qū)別17592186044416個(gè)不同的碼制三維全息傳感系統(tǒng)，以前8位作為國家代碼或功能應(yīng)用代碼，可以容納不同的256個(gè)國家或256種不同的功能應(yīng)用，以之后六位和六位之后六位代表國家內(nèi)不同的省和城市或應(yīng)用授權(quán)類另O，那么每個(gè)國家可以容納64個(gè)省每個(gè)省可以容納64個(gè)城市，也可以表示為每個(gè)國家有4096個(gè)基本行政轄區(qū)，或有4096個(gè)應(yīng)用授權(quán)類別，以后24位表示城市或基本行政轄區(qū)內(nèi)碼制三維全息傳感系統(tǒng)，那么，每個(gè)城市或基本行政轄區(qū)將可以容納和區(qū)別16777216個(gè)不同的碼制三維全息傳感系統(tǒng)。
[0010](4)光碼速率特征、全幀周期特征、飛行時(shí)間特征和互擾解決方法:
光碼速率:獨(dú)立特征光源系統(tǒng)打開和關(guān)閉光源的時(shí)鐘周期，就是一個(gè)制式加一個(gè)間的長度，每個(gè)時(shí)鐘周期獨(dú)立特征光源系統(tǒng)可以發(fā)出一個(gè)信號(hào)，特征光源接收系統(tǒng)的光電感應(yīng)器接收和輸出一個(gè)像素的電信號(hào)，時(shí)鐘周期越短，發(fā)出和接收像素?cái)?shù)據(jù)越快，每秒發(fā)出光信號(hào)和接收到的像素內(nèi)光碼感生電脈沖的頻次越多，隔、間、制式和快門閉合時(shí)間的頻率越高，每一個(gè)時(shí)鐘周期定義為一個(gè)數(shù)據(jù)位，其單位為bit，數(shù)率為每秒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)單位為bps，速率為幀率提供了前提和基礎(chǔ)；全幀周期:完成一次獨(dú)立特征光碼發(fā)送和多次接收到反射回特征獨(dú)立特征光碼的時(shí)間，全幀周期通過一次發(fā)送獨(dú)立特征光碼和設(shè)定在特征光源接收系統(tǒng)的光電感應(yīng)器陣列上接收返回獨(dú)立特征光碼頻率和次數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間環(huán)境的幀圖像化，一個(gè)全幀周期的所有數(shù)據(jù)代表了一個(gè)幀圖像化全息三維環(huán)境；飛行時(shí)間特征:光的速度是299792.485千米/秒，通過光飛行時(shí)間可以計(jì)量物體上的點(diǎn)與碼制三維全息傳感系統(tǒng)的距離，獨(dú)立特征光源系統(tǒng)發(fā)出光信號(hào)到某個(gè)物體的一個(gè)點(diǎn)，該點(diǎn)反射回的光線投射到特征光源接收系統(tǒng)光電感應(yīng)器陣列的光電感應(yīng)器像素上，這時(shí)光信號(hào)所經(jīng)歷的時(shí)間反映出碼制三維全息傳感系統(tǒng)的光源和像素與物體上的點(diǎn)的距離，同時(shí)反映出該點(diǎn)相對(duì)碼制三維全息傳感系統(tǒng)像素所處的方向，即物體上點(diǎn)反射回的光線經(jīng)由透鏡組投射到光電感應(yīng)器像素上的位置是一定的，獨(dú)立特征光源系統(tǒng)與特征光源接收系統(tǒng)通過近距離集成其間距可忽略不計(jì)，在這一個(gè)階段上光飛行的時(shí)間乘以光速除以2就是該點(diǎn)到該像素的距離，考慮到該點(diǎn)與碼制三維全息傳感系統(tǒng)相互運(yùn)動(dòng)，其位置可能發(fā)生變化，那么，光飛行的時(shí)間乘以光速除以2土點(diǎn)與碼制三維全息傳感系統(tǒng)間位移量除以2就是實(shí)際物體上的點(diǎn)與碼制三維全息傳感系統(tǒng)的距離，多個(gè)點(diǎn)、多個(gè)方向、不同的時(shí)間和幀構(gòu)造出空間中物體的位置、形態(tài)、大小等信息；互擾解決方法:多個(gè)碼制三維全息傳感系統(tǒng)在同一時(shí)間同一空間使用時(shí)，相互之間可能出現(xiàn)信號(hào)疊加的干擾問題進(jìn)而影響其正常工作，特征光源接收系統(tǒng)在特定的時(shí)間接收到干擾后，通過調(diào)制變換全巾貞周期的頻率和一個(gè)全巾貞周期頻率中全巾貞周期的相對(duì)位置可以避免問題的出現(xiàn)，由于三維環(huán)境相關(guān)信息存在一定的應(yīng)用需求，不同的應(yīng)用需要的探測范圍不同，故實(shí)際中光信號(hào)飛行時(shí)間是根據(jù)需要定制的，以1Gbps的速率、全幀周期頻率為100Hz、44位碼制、Ikm探測范圍為例，發(fā)送或接收一幀數(shù)據(jù)在一個(gè)周期頻率中占比為(100Hz X 44bit)+1Gbps = 100 X 44+10737418240 ?1/2440322，一幀數(shù)據(jù)光信號(hào)在空氣中飛行的時(shí)間在一個(gè)周期頻率中占比為2X (1 + 299792.485)+ (1/100)^ 1/1500，那么數(shù)據(jù)發(fā)送和接收和飛行總時(shí)間在一個(gè)周期頻率中占比為2X1/2440322 +1/1500=0.000667486 ^ 1/1500，這一數(shù)字說明在一個(gè)周期頻率為10Hz的一個(gè)單位中數(shù)據(jù)的發(fā)送、傳輸、接收僅僅占用了約1/1500帶寬資源，其余1499/1500空置，調(diào)制全幀周期頻率和全幀周期在一個(gè)周期頻率中的相對(duì)位置和出現(xiàn)次數(shù)可以最終避免信號(hào)疊加的問題，進(jìn)而解決相互干擾問題。
[0011](5)三維信息采集和生成碼制三維全息影像空間:
特征光碼由獨(dú)立特征光源系統(tǒng)發(fā)出經(jīng)過三維空間照射到物體上，特征光碼通過物體表面反射返回到特征光源接收系統(tǒng)，通過對(duì)特征光源接收系統(tǒng)中不同的光電感應(yīng)器的信號(hào)采集，采集到的特征光碼的時(shí)間和光電感應(yīng)器相對(duì)位置計(jì)算出物體的角度、位置和距離，物體上某個(gè)點(diǎn)與光電感應(yīng)器的距離=時(shí)間X光速/2，通過將各個(gè)光電感應(yīng)器所對(duì)應(yīng)的實(shí)際物體的點(diǎn)構(gòu)造出計(jì)算機(jī)可以識(shí)別出的三維全息圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)(f (X)，f (y)，f (z))的點(diǎn)云集合，在計(jì)算機(jī)中模擬構(gòu)造出的圖像就是三維全息圖像幀，三維全息圖像幀連接構(gòu)造形成三維全息影像空間。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于: 1、本發(fā)明的碼制三維全息傳感系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)有效空間和物體實(shí)時(shí)全息掃描；
2、本發(fā)明的碼制三維全息傳感系統(tǒng)系統(tǒng)構(gòu)造科學(xué)，能夠在無環(huán)境光的條件下工作；
3、本發(fā)明的碼制三維全息傳感系統(tǒng)算法識(shí)別精度高，可靠性好；
4、本發(fā)明的碼制三維全息傳感系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)避免多個(gè)主體在同時(shí)同一空間中的干擾問題。
[0013]5、本發(fā)明的碼制三維全息傳感系統(tǒng)生成生成碼制三維全息影像空間可應(yīng)用于三維全息通訊、無人駕駛、智能車流管理、智能物流管理和工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化領(lǐng)域，可對(duì)空間和物體點(diǎn)位距離、形狀和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的信息進(jìn)行采集，所獲取的信息是可以判據(jù)的實(shí)物、環(huán)境實(shí)時(shí)真實(shí)的信息。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1碼制三維全息傳感系統(tǒng)。
[0015]圖2特征光源中獨(dú)立特征光源系統(tǒng)和特征光源接收系統(tǒng)模式匹配。
[0016]圖3特征光碼。
[0017]圖4三維信息采集。
[0018]圖5生成碼制三維全息影像空間。

【具體實(shí)施方式】
[0019]為了更詳細(xì)的解釋本專利所提出的碼制三維全息傳感系統(tǒng)1，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。附圖及所描述的實(shí)例僅僅是用以解釋本發(fā)明的設(shè)計(jì)，并不用于限定本發(fā)明。
[0020]如圖1、4所示，建立碼制三維全息傳感系統(tǒng)100:碼制三維全息傳感系統(tǒng)I由獨(dú)立特征光源系統(tǒng)2和特征光源接收系統(tǒng)3組成；光譜范圍120nnTl3850nm之間設(shè)定為全息波段，獨(dú)立特征光源200定義在全息波段范圍中的某一個(gè)定值或是全息波段中的一個(gè)區(qū)間范圍；建立獨(dú)立特征光源系統(tǒng)2，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，選擇光的波段，并根據(jù)波段要求設(shè)計(jì)發(fā)光源設(shè)備4，在發(fā)光源設(shè)備4選定后還需要匹配通訊電路5、控制電路6，使發(fā)光源設(shè)備4可以根據(jù)實(shí)際控制的需要進(jìn)行開關(guān)作業(yè)，獨(dú)立特征光源系統(tǒng)2 —個(gè)工作周期的開關(guān)起止時(shí)間的單位長度為特征光源制式201，獨(dú)立特征光源制式201之間設(shè)定的時(shí)間長度為特征光源的間202，獨(dú)立特征光源200與發(fā)光源設(shè)備4、通訊電路5、控制電路6構(gòu)成了獨(dú)立特征光源系統(tǒng)2 ;建立特征光源接收系統(tǒng)3，特征光源接收系統(tǒng)3由信息處理單元7、通訊電路8、控制電路9、光電感應(yīng)器陣列10、帶通濾波器13、環(huán)境噪聲截止濾波器14和透鏡組15組成，光電感應(yīng)器11接收到光照感生電子流，感生電子流通過光電感應(yīng)器11中倍增器12進(jìn)行放大，通過對(duì)電子流的測量以實(shí)現(xiàn)接收數(shù)據(jù)的判斷，一個(gè)光電感應(yīng)器11為一個(gè)基本單元，把多個(gè)光電感應(yīng)器11單元依照一定的距離橫向縱向排列布放進(jìn)而生成光電感應(yīng)器陣列10，帶通濾光片13布放于光電感應(yīng)器陣列10光照一側(cè)，作用是從自然環(huán)境光中分離出作用的獨(dú)立特征光源7，環(huán)境噪聲截止濾波器14布放于光電感應(yīng)器陣列10光照一側(cè)，作用是濾除自然環(huán)境中與獨(dú)立特征光源7同帶的噪聲，通過對(duì)環(huán)境噪聲截止濾波器14透光率的調(diào)校，吸收了自然光中存在的獨(dú)立特征光源7同帶噪聲，并最大限度通過獨(dú)立特征光源7，透鏡組15布放于光電感應(yīng)器陣列10光照一側(cè)，由一個(gè)或多個(gè)鏡頭16組接而成，透鏡組15的主要功能是收集被照物體反射光線并將其聚焦投影于光電感應(yīng)器陣列10之上。
[0021]如圖1、3、4所示，建立特征光源200:碼制三維全息傳感系統(tǒng)I中獨(dú)立特征光源系統(tǒng)2發(fā)出的光信號(hào)只有自己的特征光源接收系統(tǒng)3識(shí)別和處理；特征光源200包含獨(dú)立特征光源系統(tǒng)2中相對(duì)固定的制式201和間202以及特征光源接收系統(tǒng)3中相對(duì)固定的隔301和快門閉合時(shí)間302 ;獨(dú)立特征光源系統(tǒng)2和特征光源接收系統(tǒng)3須模式匹配，即一個(gè)制式201和一個(gè)間202的長度和須是一個(gè)隔301和一個(gè)快門閉合時(shí)間302長度和的正整數(shù)倍，設(shè)定該正整數(shù)倍數(shù)為I倍，由于獨(dú)立特征光源系統(tǒng)2發(fā)出光信號(hào)經(jīng)物體反射后特征光源接收系統(tǒng)3接收光信號(hào)的時(shí)間不確定，一個(gè)獨(dú)立特征光源200的光信號(hào)可能存在占用兩個(gè)相鄰的特征光源接收系統(tǒng)3的隔301的情況，解決方法是在獨(dú)立特征光碼400的前端設(shè)定長度大于等于2個(gè)光信號(hào)長度的碼頭401，在獨(dú)立特征光碼400中的特定位置設(shè)定長度大于等于2個(gè)光信號(hào)長度的碼中402，在后端設(shè)定長度大于等于2個(gè)光信號(hào)長度的碼尾403，當(dāng)碼頭401和其之后的信號(hào)、碼中402和其之間的信號(hào)、碼尾403和其之前的信號(hào)發(fā)生錯(cuò)誤，系統(tǒng)可以根據(jù)碼頭401、碼中402、碼尾403在隔301中的情況對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行識(shí)別并對(duì)讀取的錯(cuò)誤信號(hào)進(jìn)行修復(fù)。
[0022]如圖2、3、4所示，建立獨(dú)立特征光碼400:每個(gè)事物和其他事物都是相對(duì)立存在的，為實(shí)現(xiàn)事物之間特征區(qū)別，建立二進(jìn)制編碼系統(tǒng)，將每個(gè)碼制三維全息傳感系統(tǒng)I的光信號(hào)均獨(dú)立編碼，加以區(qū)別，這樣的過程我們稱之為建立獨(dú)立特征光碼400 ;在具備獨(dú)立特征光源200的條件下建立獨(dú)立特征光碼400過程是:二進(jìn)制數(shù)位上每位數(shù)字只能是O或I兩種，獨(dú)立特征光源200發(fā)出的光信號(hào)也存在兩種情況，開和關(guān)，以獨(dú)立特征光源200開為1，以獨(dú)立特征光源200關(guān)為0，以制式201和隔301作為獨(dú)立特征光源200和特征光源接收系統(tǒng)3的位，那么，相鄰的制式201和隔301就是相鄰發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)位，獨(dú)立特征光源200的開關(guān)過程同制式201和間202的數(shù)量，等價(jià)于二進(jìn)制數(shù)的1、0和與之形成的一個(gè)二進(jìn)制數(shù)列；二進(jìn)制數(shù)列是可以相互區(qū)別的，不同的數(shù)位和不同的數(shù)位上的數(shù)決定了其所代表的信息不同，這樣，獨(dú)立特征光碼400之間也就實(shí)現(xiàn)了相互特征區(qū)別。
[0023]實(shí)現(xiàn)44位碼制:44位碼制定義有效二進(jìn)制數(shù)列的位數(shù)為44，44位碼制有效二進(jìn)制數(shù)列之外可以添加碼頭401、碼中402、碼尾403，44位碼制體制內(nèi)可以容納并區(qū)別17592186044416個(gè)不同的碼制三維全息傳感系統(tǒng)1，以前8位作為國家代碼或功能應(yīng)用代碼，可以容納不同的256個(gè)國家或256種不同的功能應(yīng)用，以之后六位和六位之后六位代表國家內(nèi)不同的省和城市或應(yīng)用授權(quán)類別，那么每個(gè)國家可以容納64個(gè)省每個(gè)省可以容納64個(gè)城市，也可以表示為每個(gè)國家有4096個(gè)基本行政轄區(qū)，或有4096個(gè)應(yīng)用授權(quán)類別，以后24位表示城市或基本行政轄區(qū)內(nèi)碼制三維全息傳感系統(tǒng)1，那么，每個(gè)城市或基本行政轄區(qū)將可以容納和區(qū)別16777216個(gè)不同的碼制三維全息傳感系統(tǒng)I。
[0024]如圖2、3、4、5所示，光碼速率特征、全幀周期特征、飛行時(shí)間特征和互擾解決方法:
光碼速率:獨(dú)立特征光源系統(tǒng)2打開和關(guān)閉光源的時(shí)鐘周期，就是一個(gè)制式201加一個(gè)間202的長度，每個(gè)時(shí)鐘周期獨(dú)立特征光源系統(tǒng)2可以發(fā)出一個(gè)信號(hào)，特征光源接收系統(tǒng)3的光電感應(yīng)器11接收和輸出一個(gè)像素的電信號(hào)，時(shí)鐘周期越短，發(fā)出和接收像素?cái)?shù)據(jù)越快，每秒發(fā)出光信號(hào)和接收到的像素內(nèi)光碼感生電脈沖的頻次越多，隔301、間202、制式201和快門閉合時(shí)間302的頻率越高，每一個(gè)時(shí)鐘周期定義為一個(gè)數(shù)據(jù)位，其單位為bit，數(shù)率為每秒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)單位為bps，速率為幀率提供了前提和基礎(chǔ)；全幀周期500:完成一次獨(dú)立特征光碼400發(fā)送和多次接收到反射回獨(dú)立特征光碼400的時(shí)間，全幀周期500通過一次發(fā)送獨(dú)立特征光碼400和設(shè)定在特征光源接收系統(tǒng)3的光電感應(yīng)器陣列10上接收返回獨(dú)立特征光碼400頻率和次數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間環(huán)境的幀圖像化,一個(gè)全幀周期500的所有數(shù)據(jù)代表了一個(gè)幀圖像化全息三維環(huán)境；飛行時(shí)間特征:光的速度是299792.485千米/秒，通過光飛行時(shí)間可以計(jì)量物體600上的點(diǎn)與碼制三維全息傳感系統(tǒng)I的距離，獨(dú)立特征光源系統(tǒng)2發(fā)出光信號(hào)到某個(gè)物體的一個(gè)點(diǎn)，該點(diǎn)反射回的光線投射到特征光源接收系統(tǒng)3光電感應(yīng)器陣列10的光電感應(yīng)器11像素上，這時(shí)光信號(hào)所經(jīng)歷的時(shí)間反映出碼制三維全息傳感系統(tǒng)I的光源和像素與物體600上的點(diǎn)的距離，同時(shí)反映出該點(diǎn)相對(duì)碼制三維全息傳感系統(tǒng)I像素所處的方向，即物體上點(diǎn)反射回的光線經(jīng)由透鏡組15點(diǎn)投射到光電感應(yīng)器11像素上的位置是一定的，獨(dú)立特征光源系統(tǒng)2與特征光源接收系統(tǒng)3通過近距離集成其間距可忽略不計(jì)，在這一個(gè)階段上光飛行的時(shí)間乘以光速除以2就是該點(diǎn)到該像素的距離，考慮到該點(diǎn)與碼制三維全息傳感系統(tǒng)I相互運(yùn)動(dòng)，其位置可能發(fā)生變化，那么，光飛行的時(shí)間乘以光速除以2土點(diǎn)與碼制三維全息傳感系統(tǒng)I間位移量除以2就是實(shí)際物體600上的點(diǎn)與碼制三維全息傳感系統(tǒng)I的距離，多個(gè)點(diǎn)、多個(gè)方向、不同的時(shí)間和幀構(gòu)造出空間中物體600的位置、形態(tài)、大小等信息；互擾解決方法:多個(gè)碼制三維全息傳感系統(tǒng)I在同一時(shí)間同一空間使用時(shí)，相互之間可能出現(xiàn)信號(hào)疊加的干擾問題進(jìn)而影響其正常工作，特征光源接收系統(tǒng)3在特定的時(shí)間接收到干擾后，通過調(diào)制變換全幀周期500的頻率和一個(gè)全幀周期500頻率中全幀周期500的相對(duì)位置可以避免問題的出現(xiàn)，由于三維環(huán)境相關(guān)信息存在一定的應(yīng)用需求，不同的應(yīng)用需要的探測范圍不同，故實(shí)際中光信號(hào)飛行時(shí)間是根據(jù)需要定制的，以1Gbps的速率、全幀周期500頻率為100Hz、44位碼制、Ikm探測范圍為例，發(fā)送或接收一幀數(shù)據(jù)在一個(gè)周期頻率中占比為(100HzX44bit) +1Gbps =100X44+10737418240 ^ 1/2440322，一幀數(shù)據(jù)光信號(hào)在空氣中飛行的時(shí)間在一個(gè)周期頻率中占比為2X (1 + 299792.485)+ (1/100)?1/1500，那么數(shù)據(jù)發(fā)送和接收和飛行總時(shí)間在一個(gè)周期頻率中占比為2X1/2440322 + 1/1500=0.000667486 ^ 1/1500，這一數(shù)字說明在一個(gè)周期頻率為10Hz的一個(gè)單位中數(shù)據(jù)的發(fā)送、傳輸、接收僅僅占用了約1/1500帶寬資源，其余1499/1500空置，調(diào)制全幀周期500頻率和全幀周期500在一個(gè)周期頻率中的相對(duì)位置和出現(xiàn)次數(shù)可以最終避免信號(hào)疊加的問題，進(jìn)而解決相互干擾問題。
[0025]如圖4、5所示，三維信息采集和生成碼制三維全息影像空間700:獨(dú)立特征光碼400由獨(dú)立特征光源系統(tǒng)2發(fā)出經(jīng)過三維空間照射到物體600上，獨(dú)立特征光碼400通過物體600表面反射返回到特征光源接收系統(tǒng)3，通過對(duì)特征光源接收系統(tǒng)3中不同的光電感應(yīng)器11的信號(hào)采集，采集到的獨(dú)立特征光碼400的時(shí)間和光電感應(yīng)器11相對(duì)位置計(jì)算出物體600的角度、位置和距離，物體600上某個(gè)點(diǎn)與光電感應(yīng)器11的距離=時(shí)間X光速/2，通過將各個(gè)光電感應(yīng)器11所對(duì)應(yīng)的實(shí)際物體600的點(diǎn)構(gòu)造出計(jì)算機(jī)可以識(shí)別出的三維全息圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)(f (X)，f (y)，f (z))的點(diǎn)云集合,在計(jì)算機(jī)中模擬構(gòu)造出的圖像就是三維全息圖像幀，三維全息圖像幀連接構(gòu)造形成三維全息影像空間700。
【權(quán)利要求】
1.一種碼制三維全息傳感系統(tǒng)構(gòu)造方法，其特征在于:碼制三維全息傳感系統(tǒng)由獨(dú)立特征光源系統(tǒng)和特征光源接收系統(tǒng)組成；光譜范圍120nnTl3850nm之間設(shè)定為全息波段，獨(dú)立特征光源定義在全息波段范圍中的某一個(gè)定值或是全息波段中的一個(gè)區(qū)間范圍；建立獨(dú)立特征光源系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，選擇光的波段，并根據(jù)波段要求設(shè)計(jì)發(fā)光源設(shè)備，在發(fā)光源設(shè)備選定后還需要匹配通訊電路、控制電路，使發(fā)光源設(shè)備可以根據(jù)實(shí)際控制的需要進(jìn)行開關(guān)作業(yè)，獨(dú)立特征光源系統(tǒng)一個(gè)工作周期的開關(guān)起止時(shí)間的單位長度為特征光源制式，獨(dú)立特征光源制式之間設(shè)定的時(shí)間長度為特征光源的間，獨(dú)立特征光源與發(fā)光源設(shè)備、通訊電路、控制電路構(gòu)成了獨(dú)立特征光源系統(tǒng)；建立特征光源接收系統(tǒng)，特征光源接收系統(tǒng)由光電感應(yīng)器陣列、帶通濾波器、環(huán)境噪聲截止濾波器和透鏡組組成，光電感應(yīng)器接收到光照感生電子流，感生電子流通過光電感應(yīng)器中倍增器進(jìn)行放大，通過對(duì)電子流的測量以實(shí)現(xiàn)接收數(shù)據(jù)的判斷，一個(gè)光電感應(yīng)器為一個(gè)基本單元，把多個(gè)光電感應(yīng)器單元依照一定的距離橫向縱向排列布放進(jìn)而生成光電感應(yīng)器陣列，帶通濾光片布放于光電感應(yīng)器陣列光照一側(cè)，作用是從自然環(huán)境光中分離出作用的獨(dú)立特征光源，環(huán)境噪聲截止濾波器布放于光電感應(yīng)器陣列光照一側(cè)，作用是濾除自然環(huán)境中與獨(dú)立特征光源同帶的噪聲，通過對(duì)噪聲截止濾波器透光率的調(diào)校，吸收了自然光中存在的獨(dú)立特征光源同帶噪聲，并最大限度通過獨(dú)立特征光源，透鏡組布放于光電感應(yīng)器陣列光照一側(cè)，由一個(gè)或多個(gè)鏡頭組接而成，透鏡組的主要功能是收集被照物體反射光線并將其聚焦投影于光電感應(yīng)器陣列之上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碼制三維全息傳感系統(tǒng)構(gòu)造方法，其特征在于，建立特征光源:碼制三維全息傳感系統(tǒng)中獨(dú)立特征光源系統(tǒng)發(fā)出的光信號(hào)只有自己的特征光源接收系統(tǒng)識(shí)別和處理；特征光源包含獨(dú)立特征光源系統(tǒng)中相對(duì)固定的制式和間以及特征光源接收系統(tǒng)中相對(duì)固定的隔和快門閉合時(shí)間；獨(dú)立特征光源系統(tǒng)和特征光源接收系統(tǒng)須模式匹配，即一個(gè)制式和一個(gè)間的長度和須是一個(gè)隔和一個(gè)快門閉合時(shí)間長度和的正整數(shù)倍，設(shè)定該正整數(shù)倍數(shù)為I倍，由于獨(dú)立特征光源系統(tǒng)發(fā)出光信號(hào)經(jīng)物體反射后特征光源接收系統(tǒng)接收光信號(hào)的時(shí)間不確定，一個(gè)獨(dú)立特征光源的光信號(hào)可能存在占用兩個(gè)相鄰的特征光源接收系統(tǒng)的隔的情況，解決方法是在獨(dú)立特征光碼的前端設(shè)定長度大于等于2個(gè)光信號(hào)長度的碼頭，在獨(dú)立特征光碼中的特定位置設(shè)定長度大于等于2個(gè)光信號(hào)長度的碼中，在后端設(shè)定長度大于等于2個(gè)光信號(hào)長度的碼尾，當(dāng)碼頭和其之后的信號(hào)、碼中和其之間的信號(hào)、碼尾和其之前的信號(hào)發(fā)生錯(cuò)誤，系統(tǒng)可以根據(jù)碼頭、碼中、碼尾在隔中的情況對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行識(shí)別并對(duì)讀取的錯(cuò)誤信號(hào)進(jìn)行修復(fù)；建立獨(dú)立特征光碼:每個(gè)事物和其他事物都是相對(duì)立存在的，為實(shí)現(xiàn)事物之間特征區(qū)別，建立二進(jìn)制編碼系統(tǒng)，將每個(gè)碼制三維全息傳感系統(tǒng)的光信號(hào)均獨(dú)立編碼，加以區(qū)別，這樣的過程我們稱之為建立獨(dú)立特征光碼；在具備獨(dú)立特征光源的條件下建立獨(dú)立特征光碼過程是:二進(jìn)制數(shù)位上每位數(shù)字只能是O或I兩種，獨(dú)立特征光源發(fā)出的光信號(hào)也存在兩種情況，開和關(guān)；以獨(dú)立特征光源開為1，以獨(dú)立特征光源關(guān)為O，以制式和隔作為獨(dú)立特征光源和特征光源接收系統(tǒng)的位，那么，相鄰的制式和隔就是相鄰發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)位，獨(dú)立特征光源的開關(guān)過程同制式和間的數(shù)量，等價(jià)于二進(jìn)制數(shù)的1、0和與之形成的一個(gè)二進(jìn)制數(shù)列；二進(jìn)制數(shù)列是可以相互區(qū)別的，不同的數(shù)位和不同的數(shù)位上的數(shù)決定了其所代表的信息不同，這樣，獨(dú)立特征光碼之間也就實(shí)現(xiàn)了相互特征區(qū)別。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碼制三維全息傳感系統(tǒng)構(gòu)造方法，其特征在于，44位碼制定義有效二進(jìn)制數(shù)列的位數(shù)為44，44位碼制有效二進(jìn)制數(shù)列之外可以添加碼頭、碼中、碼尾，44位碼制體制內(nèi)可以容納并區(qū)別17592186044416個(gè)不同的碼制三維全息傳感系統(tǒng)，以前8位作為國家代碼或功能應(yīng)用代碼，可以容納不同的256個(gè)國家或256種不同的功能應(yīng)用，以之后六位和六位之后六位代表國家內(nèi)不同的省和城市或應(yīng)用授權(quán)類別，那么每個(gè)國家可以容納64個(gè)省每個(gè)省可以容納64個(gè)城市，也可以表示為每個(gè)國家有4096個(gè)基本行政轄區(qū)，或有4096個(gè)應(yīng)用授權(quán)類別，以后24位表示城市或基本行政轄區(qū)內(nèi)碼制三維全息傳感系統(tǒng)，那么，每個(gè)城市或基本行政轄區(qū)將可以容納和區(qū)別16777216個(gè)不同的碼制三維全息傳感系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碼制三維全息傳感系統(tǒng)構(gòu)造方法，其特征在于，光碼速率特征、全幀周期特征、飛行時(shí)間特征和互擾解決方法:光碼速率:獨(dú)立特征光源系統(tǒng)打開和關(guān)閉光源的時(shí)鐘周期，就是一個(gè)制式加一個(gè)間的長度，每個(gè)時(shí)鐘周期獨(dú)立特征光源系統(tǒng)可以發(fā)出一個(gè)信號(hào)，特征光源接收系統(tǒng)的光電感應(yīng)器接收和輸出一個(gè)像素的電信號(hào)，時(shí)鐘周期越短，發(fā)出和接收像素?cái)?shù)據(jù)越快，每秒發(fā)出光信號(hào)和接收到的像素內(nèi)光碼感生電脈沖的頻次越多，隔、間、制式和快門閉合時(shí)間的頻率越高，每一個(gè)時(shí)鐘周期定義為一個(gè)數(shù)據(jù)位，其單位為bit,數(shù)率為每秒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)單位為bps,速率為巾貞率提供了前提和基礎(chǔ)；全幀周期:完成一次獨(dú)立特征光碼發(fā)送和多次接收到反射回獨(dú)立特征光碼的時(shí)間，全幀周期通過一次發(fā)送獨(dú)立特征光碼和設(shè)定在特征光源接收系統(tǒng)的光電感應(yīng)器陣列上接收返回獨(dú)立特征光碼頻率和次數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間環(huán)境的幀圖像化，一個(gè)全幀周期的所有數(shù)據(jù)代表了一個(gè)幀圖像化全息三維環(huán)境；飛行時(shí)間特征:光的速度是299792.485千米/秒，通過光飛行時(shí)間可以計(jì)量物體上的點(diǎn)與碼制三維全息傳感系統(tǒng)的距離，獨(dú)立特征光源系統(tǒng)發(fā)出光信號(hào)到某個(gè)物體的一個(gè)點(diǎn)，該點(diǎn)反射回的光線投射到特征光源接收系統(tǒng)光電感應(yīng)器陣列的光電感應(yīng)器像素上，這時(shí)光信號(hào)所經(jīng)歷的時(shí)間反映出碼制三維全息傳感系統(tǒng)的光源和像素與物體上的點(diǎn)的距離，同時(shí)反映出該點(diǎn)相對(duì)碼制三維全息傳感系統(tǒng)像素所處的方向，即物體上點(diǎn)反射回的光線經(jīng)由透鏡組投射到光電感應(yīng)器像素上的位置是一定的，獨(dú)立特征光源系統(tǒng)與特征光源接收系統(tǒng)通過近距離集成其間距可忽略不計(jì)，在這一個(gè)階段上光飛行的時(shí)間乘以光速除以2就是該點(diǎn)到該像素的距離，考慮到該點(diǎn)與碼制三維全息傳感系統(tǒng)相互運(yùn)動(dòng)，其位置可能發(fā)生變化，那么，光飛行的時(shí)間乘以光速除以2土點(diǎn)與碼制三維全息傳感系統(tǒng)間位移量除以2就是實(shí)際物體上的點(diǎn)與碼制三維全息傳感系統(tǒng)的距離，多個(gè)點(diǎn)、多個(gè)方向、不同的時(shí)間和幀構(gòu)造出空間中物體的位置、形態(tài)、大小等信息；互擾解決方法:多個(gè)碼制三維全息傳感系統(tǒng)在同一時(shí)間同一空間使用時(shí)，相互之間可能出現(xiàn)信號(hào)疊加的干擾問題進(jìn)而影響其正常工作，特征光源接收系統(tǒng)在特定的時(shí)間接收到干擾后，通過調(diào)制變換全幀周期的頻率和一個(gè)全幀周期頻率中全幀周期的相對(duì)位置可以避免問題的出現(xiàn)，由于三維環(huán)境相關(guān)信息存在一定的應(yīng)用需求，不同的應(yīng)用需要的探測范圍不同，故實(shí)際中光信號(hào)飛行時(shí)間是根據(jù)需要定制的，以1Gbps的速率、全幀周期頻率為100Hz、44位碼制、Ikm探測范圍為例，發(fā)送或接收一幀數(shù)據(jù)在一個(gè)周期頻率中占比為(100HzX44bit) +1Gbps =100X44+10737418240 ^ 1/2440322，一幀數(shù)據(jù)光信號(hào)在空氣中飛行的時(shí)間在一個(gè)周期頻率中占比為2X (1 + 299792.485)+ (1/100)?1/1500，那么數(shù)據(jù)發(fā)送和接收和飛行總時(shí)間在一個(gè)周期頻率中占比為2X1/2440322 + 1/1500=0.000667486 ^ 1/1500，這一數(shù)字說明在一個(gè)周期頻率為10Hz的一個(gè)單位中數(shù)據(jù)的發(fā)送、傳輸、接收僅僅占用了約1/1500帶寬資源，其余1499/1500空置，調(diào)制全幀周期頻率和全幀周期在一個(gè)周期頻率中的相對(duì)位置和出現(xiàn)次數(shù)可以最終避免信號(hào)疊加的問題，進(jìn)而解決相互干擾問題。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碼制三維全息傳感系統(tǒng)構(gòu)造方法，其特征在于，三維信息采集和生成三維全息影像空間:特征光碼由獨(dú)立特征光源系統(tǒng)發(fā)出經(jīng)過三維空間照射到物體上，特征光碼通過物體表面反射返回到特征光源接收系統(tǒng)，通過對(duì)特征光源接收系統(tǒng)中不同的光電感應(yīng)器的信號(hào)采集，采集到的特征光碼的時(shí)間和光電感應(yīng)器相對(duì)位置計(jì)算出物體的角度、位置和距離，物體上某個(gè)點(diǎn)與光電感應(yīng)器的距離=時(shí)間X光速/2，通過將各個(gè)光電感應(yīng)器所對(duì)應(yīng)的實(shí)際物體的點(diǎn)構(gòu)造出計(jì)算機(jī)可以識(shí)別出的三維全息圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)(f(X), f (y), f (Z))的點(diǎn)云集合,在計(jì)算機(jī)中模擬構(gòu)造出的圖像就是三維全息圖像巾貞,三維全息圖像幀連接構(gòu)造形成三維全息影像空間。
【文檔編號(hào)】G06T17/00GK104331923SQ201410617066
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:張振宇