[發(fā)明專利]稀疏孔徑壓縮計算關聯飛行時間的三維成像系統及方法

有效

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• 申請日: 2013-09-13
• 公開（公告）號: CN103472457A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設計）人: 孫志斌;俞文凱;葉蔚然;姚旭日;翟光杰;楊震;孟新
• 申請（專利權）人: 中國科學院空間科學與應用研究中心
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;楊青

1.一種稀疏孔徑壓縮計算關聯飛行時間的三維成像系統，其特征在于，包括脈沖光源發(fā)射單元（19）、擴束透鏡（18）、第四準直透鏡（17）、隨機光學調制單元（16）、偏振光分束器（15）、第一透鏡（14）、束斑合成單元（13）、稀疏孔徑單元、自由空間準直單元、光束反射單元、全反射鏡（20）、會聚收光透鏡（21）、光探測器（22）、飛行時間相關單元和壓縮計算關聯算法模塊（26）；其中，所述稀疏孔徑單元包括至少三個子望遠鏡透鏡，所述自由空間準直單元包括至少三個準直透鏡，所述光束反射單元包括至少三個反射鏡組；一子望遠鏡透鏡、一準直透鏡、一反射鏡組形成一條光路；所述飛行時間相關單元包括脈沖寬度調節(jié)單元（23）、可調延遲單元（24）和同步信號源（25）；

所述同步信號源（25）同步發(fā)出兩路信號，一路為所述脈沖光源發(fā)射單元（19）提供觸發(fā)信號，另一路則通過所述可調延遲單元（24）、脈沖寬度調節(jié)單元（23）為所述光探測器（22）提供門控信號；所述脈沖光源發(fā)射單元（19）在所述同步信號源（25）發(fā)出的觸發(fā)信號的控制下發(fā)光，所發(fā)出的光經所述擴束透鏡（18）擴束、第四準直透鏡（17）準直后照射到所述隨機光學調制單元（16），所述隨機光學調制單元（16）根據調制散斑光場對光進行隨機調制，然后通過所述偏振光分束器（15）將調制后的光反射到所述第一透鏡（14）；接著依次通過所述束斑合成單元（13）、光束反射單元、自由空間準直單元以及稀疏孔徑單元傳播到待測物體；待測物體反射所接收到的光，反向傳播通過稀疏孔徑單元、自由空間準直單元、光束反射單元，到達所述束斑合成單元（13），在所述束斑合成單元（13）上實現稀疏孔徑直接成像，然后通過所述第一透鏡（14）將稀疏孔徑直接成像映射到所述偏振光分束器（15）；所述偏振光分束器（15）將所接收的光通過所述全反射鏡（20）后進入所述會聚收光透鏡（21），接著通過所述會聚收光透鏡（21）聚焦到所述光探測器（22）；所述光探測器（22）在所述同步信號源（25）發(fā)出的門控信號的控制下采集光信號，輸出測量數向量；所述隨機光學調制單元（16）中的陣列單元每調制一次，由所述同步信號源（25）記錄下每次所述光探測器（22）上光子到達時間以作為時間戳信息，并通過所述可調延遲單元（24）為所述光探測器（22）加載與先后兩束聚集光子團到達時間的間隔等長的延遲信號，以控制所述光探測器（22）門控信號的延遲到達，在該延遲時間間隔內累計探測到達的所有光強，實現光電信號采集和AD轉換，然后將時間戳信息加入所述測量數向量中，輸入到壓縮計算關聯算法模塊（26）；所述計算關聯算法模塊（26）計算出隨機光學調制單元（16）上的調制散斑光場自由空間傳播到物面上的光場分布，以得到最終測量矩陣，并根據所述時間戳信息、最終測量矩陣和測量數向量通過壓縮計算關聯算法重構反射物體的三維圖像。

2.根據權利要求1所述的稀疏孔徑壓縮計算關聯飛行時間的三維成像系統，其特征在于，所述稀疏孔徑單元包括第一子望遠鏡透鏡（1）、第二子望遠鏡透鏡（2）和第三子望遠鏡透鏡（3）；所述自由空間準直單元包括第一準直透鏡（4）、第二準直透鏡（5）和第三準直透鏡（6）；所述光束反射單元包括由第一反射鏡（7）、第二反射鏡（8）組成的第一反射鏡組，由第三反射鏡（9）、第四反射鏡（10）組成的第二反射鏡組，由第五反射鏡（11）、第六反射鏡（12）組成的第三反射鏡組；

所述第一子望遠鏡透鏡（1）、第一準直透鏡（4）、第一反射鏡組形成第一光路，所述第二子望遠鏡透鏡（2）、第二準直透鏡（5）、第二反射鏡組形成第二光路，所述第三子望遠鏡透鏡（3）、第三準直透鏡（6）、第三反射鏡組形成第三光路。

3.根據權利要求1或2所述的稀疏孔徑壓縮計算關聯飛行時間的三維成像系統，其特征在于，所述稀疏孔徑單元中的各個子望遠鏡透鏡的空間組合方式包括：小孔徑望遠鏡陣列或Golay-6或Golay-9或環(huán)形或環(huán)面或三壁。

4.根據權利要求1或2所述的稀疏孔徑壓縮計算關聯飛行時間的三維成像系統，其特征在于，所述空間準直單元中的各個準直透鏡的空間組合方式包括：準直透鏡陣列組或反射式準直鏡。

5.根據權利要求1或2所述的稀疏孔徑壓縮計算關聯飛行時間的三維成像系統，其特征在于，所述偏振光分束器（15）包括起偏器、檢偏器、四分之一玻片和偏振棱鏡，用于對單色光或連續(xù)譜光源實現單方向全部或部分反射，入射方向全部或部分透射；實現紫外光、可見光、近紅外和紅外光波段的偏振光的分束功能。