CN104301707B - 基于dmd扫描和积分相移测距的深度图像获取装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供基于DMD扫描和积分相移测距的深度图像获取装置及方法，该装置包括光源模块、光学扫描模块、光电转换与信号处理模块和控制模块；该方法是光源经高速正弦波调制后作用于DMD，并由DMD实现对被测物体的逐个像素扫描，被测物体对应像素的微弱散射光被光电转换与信号处理模块接收，采用单光子计数技术，使用四个计数器分别对正弦波调制光每四分之一周期内的光子总数进行累计计数，根据积分相位测距原理，得到正弦波调制光的相位差，从而获得被测物体深度图像的一个像素值，在获得全部像素的像素值后，组合生成被测物体的深度图像。本发明像素多、精度高、结构简单、测量速度快、便于小型化，为高像素深度图像获取提供了技术保障。

Description

基于DMD扫描和积分相移测距的深度图像获取装置及方法

技术领域

本发明涉及三维成像技术领域，具体是基于DMD扫描和积分相移测距的深度图像获取装置及方法。

背景技术

人们观察物体时，能很自然地产生立体感，感受周围的三维场景。传统的二维成像方法在工业中已被广泛应用,但它不包括第三维的距离或深度信息，很难充分地描述真实三维场景中物体的位置、运动信息以及详尽的几何形状。随着科学技术的发展，在诸如工业产品加工和检测、国防航天、无人车导航以及医学等领域都迫切需要一种高性能深度图像获取方法。

现有的深度图像获取方法主要包括接触式与非接触式两种，其中基于光学测距的深度图像获取方法属于非接触式，具有测量范围大、分辨率高、无需接触、抗外界环境干扰强的优点，因此成为国内外的研究热点。目前研究的大部分光学深度图像获取系统均是基于三角法或飞行时间原理来测量距离的。基于三角法测距的深度图像获取系统，例如双目视觉系统和结构光成像系统，需要处理“阴影”效应(Shadoweffects)或投影条纹“模糊”问题(Ambiguityproblems)，因此一般只能使用在对比度高的测量场合，不适宜远距离大目标深度图像的获取。与该类成像系统相比，基于飞行时间测距的深度图像获取系统由于光的发射和接收几乎在同一条直线上，可以明显“分辨”各个被测点的信息，因此不会出现三角法测距中存在的“阴影”或投影“模糊”问题；利用高灵敏度传感器还可以实现远距离大目标的深度图像获取。此外，基于飞行时间测距的深度图像获取系统还具有原理简单、测距精度高、无需参考面等优点。

在传统的基于飞行时间测距的深度图像获取系统中，关于飞行时间的获取方法主要分为窄脉冲延迟时间的直接测量法和连续波相移的间接测量法。利用窄脉冲延迟时间测距，需要极窄的脉冲信号以及精确的时间测量单元来提高测量精度，对系统的带宽和硬件要求高，测量精度普遍不高。在传统的连续波相移测量的方法中，基于离散傅里叶变换理论(DFT)的四点法由于具有计算量小，实时性好等优点而成为主流，但是目前传统的四点法普遍存在采样时间窗口过短，信噪比低，测量精度差的缺点；同时在实际测距中，由于光源(激光器、LED等)调制非线性以及高次谐波的干扰，回波波形存在严重畸变(如图5所示)，使得这些基于短采样时间窗口的传统四点相移测距系统测量误差变得很大。

另外，在传统的基于飞行时间测距的深度图像获取系统中，主要通过二维宏观机械扫描实现整个三维空间的测量，这种深度图像获取技术原理简单、可探测距离远、精度高，但是由于使用了精密、笨重且价格昂贵的宏观机械扫描装置和光学元件，该类系统一般抗振性能差、体积大、成本高、像素低；同时，由于宏观的机械扫描装置自身扫描速度慢，在长时间使用过程中存在老化和磨损现象，使用该方法获得的深度图像的套准精度低，实时性差，且常常不适用于动态目标或场景的测量。为此，近年来许多国外的成像公司，如瑞士Mesa公司、德国PMD公司等开始研发一种新型的小体积Lock-inCCD图像传感器，它采用低发射功率的LED作为光源，且每个像素都能同步解调入射光的幅度和相位信息，可实现非机械扫描、高配准精度的三维测距成像，但是由于该CCD探测灵敏度低，该方法目前测程短、测距分辨率低；另外，该CCD器件单个像素结构复杂，制作工艺难度大，因此目前像素低、成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供基于DMD扫描和积分相移测距的深度图像获取装置及方法，弥补现有深度图像测量技术的不足，尤其是解决深度图像像素少以及相移测距精度低等问题。

本发明的技术方案为：

基于DMD扫描和积分相移测距的深度图像获取装置，包括光源模块、光学扫描模块、光电转换与信号处理模块和控制模块；

所述光源模块，包括依次连接的振荡器、分频器、调制波形发生器和光源；

所述光学扫描模块包括依次设置在光源输出光路上的匀光棒、第一聚焦透镜和DMD、依次设置在DMD反射光路上的半反半透镜和投影组合透镜以及依次设置在半反半透镜反射光路上的第二聚焦透镜、帯通滤光片和光阑，所述DMD将匀光棒的输出光通过半反半透镜和投影组合透镜投影到被测物体上；被测物体的散射光通过投影组合透镜和半反半透镜依次作用于第二聚焦透镜、帯通滤光片和光阑；

所述光电转换与信号处理模块包括单光子探测模块、积分选通模块、电脉冲信号计数模块和深度图像像素值计算模块，所述单光子探测模块的输入端连接光阑的出射端，所述单光子探测模块的输出端通过积分选通模块连接电脉冲信号计数模块的输入端，所述电脉冲信号计数模块的输出端连接深度图像像素值计算模块的输入端，所述积分选通模块的输入端连接振荡器的输出端；

所述控制模块包括控制器、显示模块和存储模块，所述控制器的输入端连接深度图像像素值计算模块的输出端，所述控制器的输出端连接显示模块、存储模块、积分选通模块和电脉冲信号计数模块的输入端，所述控制器与DMD交互式信号连接。

所述的基于DMD扫描和积分相移测距的深度图像获取装置，所述单光子探测模块包括单光子雪崩光电二极管、放大器、滤波器、比较器和高压电源模块，所述单光子雪崩光电二极管的输入端连接光阑的出射端，所述单光子雪崩光电二极管的输出端依次通过放大器、滤波器和比较器连接积分选通模块；所述高压电源模块，用于为单光子雪崩光电二极管提供高压工作电源，使其工作于盖革模式下；所述电脉冲信号计数模块由第一计数器、第二计数器、第三计数器和第四计数器组成。

所述的基于DMD扫描和积分相移测距的深度图像获取装置，所述光源采用激光二极管或LED光源。

所述的基于DMD扫描和积分相移测距的深度图像获取装置的获取方法，包括以下步骤：

(1)振荡器输出信号，经由分频器后作用于调制波形发生器，产生带有正向偏置的调制正弦波信号，所述调制正弦波信号作用于光源，产生高速正弦波调制光，所述高速正弦波调制光经过匀光棒和第一聚焦透镜后入射到DMD上；

(2)控制器控制DMD开启一个像素，进行被测物体深度图像一个像素值的测量；DMD开启完毕后，向控制器发送开启完毕信号，并将反射的高速正弦波调制光通过半反半透镜和投影组合透镜投影到被测物体上；被测物体的散射光经过投影组合透镜收集后，再经由半反半透镜反射后依次作用于第二聚焦透镜、帯通滤光片和光阑，单光子探测模块对从光阑出射的散射光进行探测，产生相应的电脉冲信号发送给积分选通模块；

(3)控制器接收到DMD反馈的开启完毕信号后，使能积分选通模块；积分选通模块以振荡器的输出信号为参考时钟，在振荡器输出信号的每个上升沿来临时，切换选通计数器，并利用计数器对接收到的电脉冲信号进行累计计数，再利用四个计数器的计数值，计算获得被测物体深度图像的一个像素值，实现积分相位测距；

(4)在被测物体深度图像的一个像素值测量完成后，控制器将四个计数器清零并关闭积分选通模块；

(5)重复上述步骤(2)～(4)，控制器控制DMD逐个像素扫描被测物体；在所有像素扫描完成后，控制器将测量的被测物体深度图像每个像素值按照DMD的像素扫描次序排列，获得被测物体的深度图像，存储于存储模块，并在显示模块上显示。

所述的基于DMD扫描和积分相移测距的深度图像获取装置的获取方法，步骤(1)中，所述分频器对振荡器的输出信号进行四分频。

所述的基于DMD扫描和积分相移测距的深度图像获取装置的获取方法，步骤(2)中，所述DMD每次开启一片微镜作为一个像素，或每次同时开启相邻的多片微镜作为一个像素。

所述的基于DMD扫描和积分相移测距的深度图像获取装置的获取方法，步骤(3)中，所述积分相位测距实现的流程包括以下两个步骤：

(a)完成正弦波调制光每四分之一周期内光强的积分：在振荡器输出信号的每个上升沿来临时，由控制器依次开启四个计数器中的一个进行计数，即在第一个上升沿来临时，开启第一计数器计数；第二个上升沿来临时，开启第二计数器计数，同时关闭第一计数器；第三个上升沿来临时，开启第三计数器计数，同时关闭第二计数器；第四个上升沿来临时，开启第四计数器计数，同时关闭第三计数器；后面以此类推，循环操作；即将正弦波调制光的周期平均分为四份，利用四个计数器分别在正弦波调制光每四分之一周期内，记录电脉冲信号上升沿的数量，实现正弦波调制光的每四分之一周期内光强的积分；

(b)计算被测物体深度图像的像素值：按照步骤(a)累积测量若干个正弦波调制光整周期后，四个计数器将各自的计数值发送给深度图像像素值计算模块，所述深度图像像素值计算模块按照以下公式对被测物体深度图像的一个像素值进行计算，并将计算结果发送给控制器：

$d=\frac{c}{16\mathrm{\π}{f}_0}[\arctan \left(\frac{C_4-C_3}{C_1-C_4}\right)+\arctan \left(\frac{C_1-C_2}{C_1-C_4}\right)+\arctan \left(\frac{C_1-C_2}{C_2-C_3}\right)+\arctan \left(\frac{C_4-C_3}{C_2-C_3}\right)]$

其中，d表示被测物体深度图像的一个像素值，c表示光速，f₀表示正弦波调制光频率，C₁、C₂、C₃、C₄分别表示四个计数器的计数值。

所述的基于DMD扫描和积分相移测距的深度图像获取装置的获取方法，步骤(3)中，在计数过程中，当振荡器输出信号的上升沿来临时，若该时刻被积分选通模块切换选通的计数器检测到的电脉冲信号为高电平，则该电脉冲信号不被该计数器记录。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明采用具有高像素的微镜阵列DMD作为扫描元件，可以获得高像素的深度图像；

(2)本发明利用单光子计数技术，可以实现微弱光的高灵敏度探测，因此，能够实现远距离物体的高精度深度图像获取；

(3)本发明接收端利用高灵敏度的单光子探测模块，因此，发射端可采用小功率光源，具有输出稳定、产热低、使用寿命长、对人眼无害等优点；

(4)本发明的测量系统采用高速正弦波调制光，通过快速相位检测，可以实现深度距离的实时测量；

(5)本发明的测量系统是数字化系统，稳定性高，无需AD采样，无量化噪声。

(6)本发明采用的积分相移测距法，利用四个计数器对正弦波调制光每四分之一周期内的光强进行积分，在一定程度上可以克服实际测距中回波波形畸变带来的影响，可增加系统测量的信噪比，改善测量的精度和准确性。

附图说明

图1是本发明的深度图像获取系统示意图；

图2是本发明的深度图像获取流程图；

图3是本发明的测量原理示意图；

图4是本发明的DMD像素扫描方式示意图；

图5是现有的四点法与本发明的积分法测量波形对比图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

如图1所示，基于DMD扫描和积分相移测距的深度图像获取装置，包括光源模块100、光学扫描模块200、光电转换与信号处理模块300和控制模块400。光源模块100包括依次连接的振荡器101、分频器102、调制波形发生器103和光源104，分频器102将振荡器101的输出信号四分频，调制波形发生器103产生带有正向偏置的调制正弦波，用于驱动光源，该调制正弦波的频率是振荡器101输出信号频率的四分之一，光源104可采用激光二极管或LED光源。

光学扫描模块200包括匀光棒201、第一聚焦透镜202A、第二聚焦透镜202B、半反半透镜203、DMD204、投影组合透镜205、帯通滤光片206和光阑207。匀光棒201、第一聚焦透镜202A和DMD204依次设置在光源104的输出光路上，半反半透镜203和投影组合透镜205设置在DMD204的反射光路上，DMD204将匀光棒201的输出光通过半反半透镜203和投影组合透镜205投影到被测物体11上。被测物体11的散射光通过投影组合透镜205和半反半透镜203后作用于第二聚焦透镜202B上，帯通滤光片206和光阑207依次设置在第二聚焦透镜202B的出射光路上。

光电转换与信号处理模块300包括单光子雪崩光电二极管301A、高压电源模块301B、放大器301C、滤波器301D、比较器301E、积分选通模块302、第一计数器303A、第二计数器303B、第三计数器303C、第四计数器303D和深度图像像素值计算模块304。单光子雪崩光电二极管301A的输入端连接光阑207的出射端，单光子雪崩光电二极管301A的输出端依次通过放大器301C、滤波器301D和比较器301E与积分选通模块302的输入端连接，积分选通模块302的输出端与第一计数器303A、第二计数器303B、第三计数器303C和第四计数器303D的输入端连接；第一计数器303A、第二计数器303B、第三计数器303C和第四计数器303D的输出端与深度图像像素值计算模块304的输入端连接；高压电源模块301B为单光子雪崩光电二极管301A提供高压工作电源，使得单光子雪崩光电二极管301A工作在盖革模式下，具有单光子探测能力，能够实现一个正弦波调制光周期内微弱光的光电转换；放大器301C、滤波器301D和比较器301E将模拟信号转换为数字脉冲信号；积分选通模块302的输入端连接振荡器101的输出端。

控制模块400包括控制器401、显示模块402和存储模块403，控制器401的输入端连接深度图像像素值计算模块304的输出端，控制器401的输出端连接显示模块402和存储模块403的输入端。控制器401与DMD204交互式信号连接；控制器401的输出端连接积分选通模块302、第一计数器303A、第二计数器303B、第三计数器303C和第四计数器303D的输入端。

本实施例中，光源104采用850nm的激光二极管，帯通滤波片206的中心波长为850nm，带宽为±10nm，透过率>90％。单光子雪崩光电二极管301A工作在盖革模式下，作为光电转换传感器，具有探测单个光子的能力。单光子雪崩光电二极管301A、高压电源模块301B、放大器301C、滤波器301D、比较器301E可以使用PerkinElmer公司的SPCM-AQRH系列单光子探测模块代替。本实施例中，采用的是PerkinElmer公司的SPCM-AQRH-14，其为5V供电，在850nm红光处的探测效率为50％，暗计数为每秒100个，死时间32ns，输出15ns宽的TTL兼容的数字脉冲信号。本实施例中，采用Altera公司CycloneII系列的EP2C8Q208N芯片实现积分选通模块302、第一计数器303A、第二计数器303B、第三计数器303C、第四计数器303D、深度图像像素值计算模块304的功能。

基于DMD扫描和积分相移测距的深度图像获取的步骤是：

(1)振荡器101产生占空比50％、频率为160MHz的方波作用于分频器102，分频器102将此方波信号四分频，得到40MHz的同步信号作用于调制波形发生器103，产生偏置电压2.0V、峰峰值0.4V、初始相位为零、调制频率为40MHz的高速正弦波信号，作用于光源104，产生高速正弦波调制光，该高速正弦波调制光依次经过光学扫描模块200中的匀光棒201和第一聚焦透镜202A后入射到DMD204上；

(2)控制器401控制DMD204开启一个像素，进行被测物体11深度图像一个像素值的测量；DMD204开启完毕后，向控制器401发送开启完毕信号，并将反射的高速正弦波调制光通过半反半透镜203和投影组合透镜205投影到被测物体11上；被测物体11的散射光经过投影组合透镜205收集后，再经由半反半透镜203反射后依次作用于第二聚焦透镜202B、帯通滤光片206和光阑207，单光子探测模块301对从光阑207出射的散射光进行探测，产生相应的电脉冲信号发送给积分选通模块302；

(3)控制器401接收到DMD204反馈的开启完毕信号后，使能积分选通模块302；积分选通模块302以振荡器101的输出信号为参考时钟，在振荡器101输出信号的每个上升沿来临时，切换选通计数器，并利用计数器对接收到的电脉冲信号进行累计计数，再利用四个计数器的计数值，计算获得被测物体11深度图像的一个像素值，实现积分相位测距；

(4)在被测物体11深度图像的一个像素值测量完成后，控制器401将四个计数器清零并关闭积分选通模块302；

(5)重复上述步骤(2)～(4)，控制器401控制DMD204逐个像素扫描被测物体；在所有像素扫描完成后，控制器401将测量的被测物体11深度图像每个像素值按照DMD204的像素扫描次序排列，获得被测物体11的深度图像，存储于存储模块403，并在显示模块402上显示。

步骤(1)中，所述分频器102对振荡器101的输出信号进行四分频。

步骤(2)中，所述DMD204每次开启一片微镜作为一个像素，或每次同时开启相邻的多片微镜作为一个像素。

步骤(3)中，所述积分相位测距实现的流程包括以下两个步骤：

(a)完成正弦波调制光每四分之一周期内光强的积分：在振荡器101输出信号的每个上升沿来临时，由控制器401依次开启四个计数器中的一个进行计数，即在第一个上升沿来临时，开启第一计数器303A计数；第二个上升沿来临时，开启第二计数器303B计数，同时关闭第一计数器303A；第三个上升沿来临时，开启第三计数器303C计数，同时关闭第二计数器303B；第四个上升沿来临时，开启第四计数器303D计数，同时关闭第三计数器303C；后面以此类推，循环操作。该时序操作严格保证了每个计数器在开启后，累计记录电脉冲信号上升沿的时间间隔可以长达正弦波调制光的四分之一周期，并在此期间实现正弦波调制光的每四分之一周期内光强的积分；

(b)计算被测物体11深度图像的像素值。按照步骤(a)累积测量若干个正弦波调制光整周期后，四个计数器将各自的计数值发送给深度图像像素值计算模块304，所述深度图像像素值计算模块304，按照以下公式对被测物体11深度图像的一个像素值进行计算，并将计算结果发送给控制器401：

$d=\frac{c}{16\mathrm{\π}{f}_0}[\arctan \left(\frac{C_4-C_3}{C_1-C_4}\right)+\arctan \left(\frac{C_1-C_2}{C_1-C_4}\right)+\arctan \left(\frac{C_1-C_2}{C_2-C_3}\right)+\arctan \left(\frac{C_4-C_3}{C_2-C_3}\right)]$

其中，d表示被测物体深度图像的一个像素值，c表示光速，f₀表示正弦波调制光频率，C₁、C₂、C₃、C₄分别表示四个计数器的计数值。

步骤(3)中，在计数过程中，当振荡器101输出信号的上升沿来临时，若该时刻被积分选通模块302切换选通的计数器检测到的电脉冲信号为高电平，则该电脉冲信号不被该计数器记录。

如图2所示，本实施例中，采用整列大小为1024×768的DMD，其每片微镜对应于被测物体11的一个像素。开启光源模块100后，由控制器401控制DMD204开启第i个像素(i的初始值为1)，DMD204开启完毕后，向控制器401发送开启完毕信号。控制器401接收到开启完毕信号后，使能积分选通模块302；积分选通模块302以振荡器101的输出信号作为参考时钟，在振荡器101输出信号的第一个上升沿来临时j＝1，开启第一计数器303A，第二个上升沿来临时j＝2，开启第二计数器303B，第三个上升沿来临时j＝3，开启第三计数器303C，第四个上升沿来临时j＝4，开启第四计数器303D，将正弦波调制光的周期平均分为四份，利用四个计数器分别在正弦波调制光的每四分之一周期内对电脉冲信号累计计数，完成正弦波调制光每四分之一周期内光强的积分；四个计数器完成一轮计数后，j重新赋值为0，进行下一轮的四个计数器计数。累积测量1000个正弦波调制光周期，即k>4000后，根据深度图像的像素值与四个计数器计数值的关系式(1)，获得被测物体11深度图像第i个像素的像素值；同时，将i加1，控制器401控制DMD204开启第i+1个像素，进行被测物体11深度图像第i+1个像素的像素值测量计算。完成整列大小为1024×768的扫描后，即i>786432，将所有的像素值组合生成被测物体11的深度图像。

如图3所示，本发明的测量原理如下：

假设光源的调制信号为y＝Asin(2πf₀t)+B，则该正弦波调制光作用于被测物体11后，其反射光波形仍为正弦波，但强度减弱且存在一定的相移，记为：控制器401将正弦波调制光的一个整周期均分为四个时间片，并利用四个计数器在每个时间片对电脉冲信号进行累计计数，完成每个时间片内光子总数的积分，累积测量若干个正弦波调制光整周期后，获得四个计数器的计数值，根据四个计数器的计数值重构回波信号，表示为：

再根据相位测距原理：便可得到被测物体11深度图像的像素值与四个计数器计数值的关系式(1)。

本实施例中，积分选通模块302、第一计数器303A、第二计数器303B、第三计数器303C、第四计数器303D以及深度图像像素值计算模块304由FPGA实现，由于第一计数器303A、第二计数器303B、第三计数器303C、第四计数器303D通过记录电脉冲信号的上升沿来实现计数，当出现如图3所示的数字TTL脉冲信号中用阴影表示的脉冲时，前后两个计数器会同时计数，从而出现重复计数的现象，因此，为了避免重复计数现象的发生，在计数过程中，当振荡器101输出信号的上升沿来临时，积分选通模块302对计数器进行切换，选通下一个计数器开始计数，若该时刻被选通的计数器检测到的电脉冲信号为高电平，则该电脉冲信号不被该计数器记录(已经被上一个计数器记录过了)。

如图4所示，DMD204在进行扫描时，可以选择单像素扫描，如图4(a)，即开启一片微镜代表一个像素，由于每片微镜反射以及接收的光强很弱，为了提高信噪比，也可以选择多像素合并扫描，如图4(b)～(d)，即同时开启相邻的多片微镜代表一个像素，如图4(b)的2×2，如图4(c)的2×3，如图4(d)的3×3等。

本发明具有像素多、精度高、结构简单、测量速度快、便于小型化等特点，为高像素深度图像获取提供了技术保障。本发明采用了积分的方法，利用四个计数器对正弦波调制光每四分之一周期内的光强进行积分(如图5所示)，在一定程度上克服了回波波形形变带来的影响，增加了系统测量的信噪比，改善了测量的精度和准确性。

上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.基于DMD扫描和积分相移测距的深度图像获取装置，其特征在于：包括光源模块(100)、光学扫描模块(200)、光电转换与信号处理模块(300)和控制模块(400)；

所述光源模块(100)，包括依次连接的振荡器(101)、分频器(102)、调制波形发生器(103)和光源(104)；

所述光学扫描模块(200)包括依次设置在光源输出光路上的匀光棒(201)、第一聚焦透镜(202A)和DMD(204)、依次设置在DMD(204)反射光路上的半反半透镜(203)和投影组合透镜(205)以及依次设置在半反半透镜(203)反射光路上的第二聚焦透镜(202B)、帯通滤光片(206)和光阑(207)，所述DMD(204)将匀光棒(201)的输出光通过半反半透镜(203)和投影组合透镜(205)投影到被测物体(11)上；被测物体(11)的散射光通过投影组合透镜(205)和半反半透镜(203)依次作用于第二聚焦透镜(202B)、帯通滤光片(206)和光阑(207)；

所述光电转换与信号处理模块(300)包括单光子探测模块(301)、积分选通模块(302)、电脉冲信号计数模块(303)和深度图像像素值计算模块(304)，所述单光子探测模块(301)的输入端连接光阑(207)的出射端，所述单光子探测模块(301)的输出端通过积分选通模块(302)连接电脉冲信号计数模块(303)的输入端，所述电脉冲信号计数模块(303)的输出端连接深度图像像素值计算模块(304)的输入端，所述积分选通模块(302)的输入端连接振荡器(101)的输出端；

所述控制模块(400)包括控制器(401)、显示模块(402)和存储模块(403)，所述控制器(401)的输入端连接深度图像像素值计算模块(304)的输出端，所述控制器(401)的输出端连接显示模块(402)、存储模块(403)、积分选通模块(302)和电脉冲信号计数模块(303)的输入端，所述控制器(401)与DMD(204)交互式信号连接。

2.根据权利要求1所述的基于DMD扫描和积分相移测距的深度图像获取装置，其特征在于：所述单光子探测模块(301)包括单光子雪崩光电二极管(301A)、放大器(301C)、滤波器(301D)、比较器(301E)和高压电源模块(301B)，所述单光子雪崩光电二极管(301A)的输入端连接光阑(207)的出射端，所述单光子雪崩光电二极管(301A)的输出端依次通过放大器(301C)、滤波器(301D)和比较器(301E)连接积分选通模块(302)；所述高压电源模块(301B)，用于为单光子雪崩光电二极管(301A)提供高压工作电源，使其工作于盖革模式下；所述电脉冲信号计数模块(303)由第一计数器(303A)、第二计数器(303B)、第三计数器(303C)和第四计数器(303D)组成。

3.根据权利要求1所述的基于DMD扫描和积分相移测距的深度图像获取装置，其特征在于：所述光源(104)采用激光二极管或LED光源。

4.根据权利要求1所述的基于DMD扫描和积分相移测距的深度图像获取装置的获取方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)振荡器(101)输出信号，经由分频器(102)后作用于调制波形发生器(103)，产生带有正向偏置的调制正弦波信号，所述调制正弦波信号作用于光源(104)，产生高速正弦波调制光，所述高速正弦波调制光经过匀光棒(201)和第一聚焦透镜(202A)后入射到DMD(204)上；

(2)控制器(401)控制DMD(204)开启一个像素，进行被测物体(11)深度图像一个像素值的测量；DMD(204)开启完毕后，向控制器(401)发送开启完毕信号，并将反射的高速正弦波调制光通过半反半透镜(203)和投影组合透镜(205)投影到被测物体(11)上；被测物体(11)的散射光经过投影组合透镜(205)收集后，再经由半反半透镜(203)反射后依次作用于第二聚焦透镜(202B)、帯通滤光片(206)和光阑(207)，单光子探测模块(301)对从光阑(207)出射的散射光进行探测，产生相应的电脉冲信号发送给积分选通模块(302)；

(3)控制器(401)接收到DMD(204)反馈的开启完毕信号后，使能积分选通模块(302)；积分选通模块(302)以振荡器(101)的输出信号为参考时钟，在振荡器(101)输出信号的每个上升沿来临时，切换选通计数器，并利用计数器对接收到的电脉冲信号进行累计计数，再利用四个计数器的计数值，计算获得被测物体(11)深度图像的一个像素值，实现积分相位测距；

(4)在被测物体(11)深度图像的一个像素值测量完成后，控制器(401)将四个计数器清零并关闭积分选通模块(302)；

(5)重复上述步骤(2)～(4)，控制器(401)控制DMD(204)逐个像素扫描被测物体；在所有像素扫描完成后，控制器(401)将测量的被测物体(11)深度图像每个像素值按照DMD(204)的像素扫描次序排列，获得被测物体(11)的深度图像，存储于存储模块(403)，并在显示模块(402)上显示。

5.根据权利要求4所述的基于DMD扫描和积分相移测距的深度图像获取装置的获取方法，其特征在于：步骤(1)中，所述分频器(102)对振荡器(101)的输出信号进行四分频。

6.根据权利要求4所述的基于DMD扫描和积分相移测距的深度图像获取装置的获取方法，其特征在于：步骤(2)中，所述DMD(204)每次开启一片微镜作为一个像素，或每次同时开启相邻的多片微镜作为一个像素。

7.根据权利要求4所述的基于DMD扫描和积分相移测距的深度图像获取装置的获取方法，其特征在于：步骤(3)中，所述积分相位测距实现的流程包括以下两个步骤：

(a)完成正弦波调制光每四分之一周期内光强的积分：在振荡器(101)输出信号的每个上升沿来临时，由控制器(401)依次开启四个计数器中的一个进行计数，即在第一个上升沿来临时，开启第一计数器(303A)计数；第二个上升沿来临时，开启第二计数器(303B)计数，同时关闭第一计数器(303A)；第三个上升沿来临时，开启第三计数器(303C)计数，同时关闭第二计数器(303B)；第四个上升沿来临时，开启第四计数器(303D)计数，同时关闭第三计数器(303C)；后面以此类推，循环操作；即将正弦波调制光的周期平均分为四份，利用四个计数器分别在正弦波调制光每四分之一周期内，记录电脉冲信号上升沿的数量，实现正弦波调制光的每四分之一周期内光强的积分；

(b)计算被测物体(11)深度图像的像素值：按照步骤(a)累积测量若干个正弦波调制光整周期后，四个计数器将各自的计数值发送给深度图像像素值计算模块(304)，所述深度图像像素值计算模块(304)按照以下公式对被测物体(11)深度图像的一个像素值进行计算，并将计算结果发送给控制器(401)：

$d=\frac{c}{16{\mathrm{\πf}}_0}\[arctan\left(\frac{C_4-C_3}{C_1-C_4}\right)+arctan\left(\frac{C_1-C_2}{C_1-C_4}\right)+arctan\left(\frac{C_1-C_2}{C_2-C_3}\right)+arctan\left(\frac{C_4-C_3}{C_2-C_3}\right)\]$

其中，d表示被测物体深度图像的一个像素值，c表示光速，f₀表示正弦波调制光频率，C₁、C₂、C₃、C₄分别表示四个计数器的计数值。

8.根据权利要求4所述的基于DMD扫描和积分相移测距的深度图像获取装置的获取方法，其特征在于：步骤(3)中，在计数过程中，当振荡器(101)输出信号的上升沿来临时，若该时刻被积分选通模块(302)切换选通的计数器检测到的电脉冲信号为高电平，则该电脉冲信号不被该计数器记录。