[發(fā)明專利]反射層析激光雷達(dá)雙折線反投影成像方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910050855.4
• 申請(qǐng)日: 2009-05-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101545976A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金曉峰;劉立人;孫建鋒;周煜;吳亞鵬;嚴(yán)毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G01S17/89
• 分類號(hào): G01S17/89
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

1.一種反射層析激光雷達(dá)雙折線反投影成像方法，其特征在于包括以下步驟：

①由探測(cè)目標(biāo)最大尺寸x_max、以探測(cè)器和光脈沖二者中較低的分辨率作為系統(tǒng)的距離分辨率ΔR、激光脈沖寬度τ三個(gè)因素，根據(jù)奈奎斯特采樣定律計(jì)算滿足探測(cè)目標(biāo)完全重建所需要的最小探測(cè)角度采樣間隔Δφ和單個(gè)投影最少采樣點(diǎn)數(shù)N_p：

Δφ≤360Nψ=180ΔRπxmax,]]>

Np≥2xmaxumax=2xmaxΔR;]]>

②激光器(1)發(fā)出光脈沖，用會(huì)聚透鏡(2)使光脈沖會(huì)聚后再次發(fā)散，通過(guò)調(diào)節(jié)透鏡的焦距來(lái)改變光斑的大小，使到達(dá)探測(cè)目標(biāo)(3)的光斑外輪廓涵蓋整個(gè)探測(cè)目標(biāo)，獲得需要光束最小發(fā)散角α＝arcsin(x_max/2L)，也就是所對(duì)應(yīng)的雙折線反投影的角度，其中L是探測(cè)器(6)與待測(cè)目標(biāo)(3)之間的距離，根據(jù)激光器發(fā)出光脈沖的時(shí)刻t₁，最早接收到反射信息的時(shí)刻t₂，最晚接收到反射信息的時(shí)刻t₃，探測(cè)器(6)到探測(cè)目標(biāo)(3)的距離L為其中c為光速；

③將初始探測(cè)目標(biāo)所對(duì)應(yīng)的探測(cè)角度定義為φ₀＝0°，激光器(1)發(fā)出單脈沖照射到探測(cè)目標(biāo)(3)上，探測(cè)器(6)記錄在探測(cè)角度φ₀＝0°下所對(duì)應(yīng)的經(jīng)過(guò)探測(cè)目標(biāo)反射加寬后的反射投影信息，即探測(cè)器所得到的光功率隨時(shí)間的變化信息，反映的是探測(cè)目標(biāo)表面反射特征系數(shù)隨探測(cè)目標(biāo)深度的變化信息：

p₀(t，φ₀)＝e∫f₀(x，y)ds

其中，f₀(x，y)為探測(cè)目標(biāo)表面的反射特征系數(shù)，e代表到達(dá)探測(cè)目標(biāo)表面的均勻光強(qiáng)，p₀(t，φ₀)為角度φ₀下獲得的反射投影信息，ds為探測(cè)目標(biāo)表面積分面元；

④探測(cè)目標(biāo)(3)發(fā)生旋轉(zhuǎn)角度的采樣間隔Δφ后，探測(cè)角度變?yōu)棣?sub>1＝φ₀+Δφ，激光器(1)再次發(fā)出單個(gè)脈沖，探測(cè)器(6)記錄相應(yīng)的反射投影信息p₁(t，φ₁)；

⑤判斷探測(cè)角度φ₁是否大于360°，若小于360°，重復(fù)步驟④i-1次操作，探測(cè)目標(biāo)旋轉(zhuǎn)iΔφ，i為2以上的正整數(shù)，相應(yīng)記錄反射投影信息p_i(t，φ_i)，直至φ_i大于360°；

⑥濾波處理：利用公式r＝ct，c為光速，將所得到的隨時(shí)間變化的投影信息p_i(t，φ_i)轉(zhuǎn)換成隨距離變化的投影信息，即距離反射投影p_i(r，φ_i)，其中r為距離變量，φ_i為第i次探測(cè)對(duì)應(yīng)的探測(cè)角度，對(duì)每個(gè)探測(cè)角度獲得投影信息進(jìn)行濾波處理，減少重建圖像中的偽跡，具體濾波公式為：其中u為頻域變量，q_i(r，φ_i)為濾波之后各個(gè)探測(cè)角度φ_i隨距離r變化的反射投影信息，符號(hào)F₁、分別表示信號(hào)一維傅里葉變換和傅里葉反變換；

⑦建立重建圖像矩陣g_FB1(x，y)，其像元坐標(biāo)間隔為所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)距離分辨率ΔR，為獲得完整的探測(cè)目標(biāo)重建圖像矩陣，該重建圖像矩陣g_FB1(x，y)行數(shù)、列數(shù)要大于并將重建圖像矩陣所有像元初始值設(shè)為零；

⑧取所述的重建圖像矩陣g_FB1(x，y)第一個(gè)像元所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)坐標(biāo)(x₁，y₁)，按照探測(cè)角度φ_i(i＝0，1，2…N_φ)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)之后的新坐標(biāo)變?yōu)椋?/p>

x′₁＝x₁cos(φ_i)+y₁sin(φ_i)，y′₁＝-x₁sin(φ_i)+y₁cos(φ_i)

判斷新坐標(biāo)點(diǎn)(x′₁，y′₁)到探測(cè)角度φ_i、距離r_j所對(duì)應(yīng)的雙折線的距離是否滿足小于或等于像素間隔ΔR的倍，若滿足以上條件，則重建圖像矩陣的矩陣元g_FB1(x₁，y₁)累加上距離反射投影值與旋轉(zhuǎn)角度的采樣間隔的乘積q_i(r_j，φ_i)Δφ，直至像元點(diǎn)坐標(biāo)(x₁，y₁)完成所有旋轉(zhuǎn)角度φ_i(i＝0，1，2…N_φ)和距離r_j(j＝0，1，2…N_p)的計(jì)算，其中q_i(r_j，φ_i)為探測(cè)目標(biāo)第i次探測(cè)在探測(cè)角度φ_i、距離r_j所對(duì)應(yīng)的濾波之后的反射投影值，

具體重建公式如下：

新坐標(biāo)點(diǎn)(x′₁，y′₁)到角度φ_i、r_j所對(duì)應(yīng)的雙折線的距離d：

d=|-x′sinα+|y′|(1-cosα)+(L-rj)sinα|2-2cosα]]>

若d≤22ΔR,]]>則gFB1(x1,y1)=Σi=1NφΣj=1Npqi(rj,φi)Δφ]]>

⑨將重建圖像矩陣g_FB1(x，y)的所有其它像元，依次重復(fù)步驟⑧操作，最終將得到雙折線濾波反投影重建圖像g_FB1。