[發明專利]飛行時間原理的調制型漫反射表面反射成像方法與系統

有效

• 申請號: 201310475786.8
• 申請日: 2013-10-12
• 公開（公告）號: CN103558604A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 嚴惠民;張秀達;吳雨霖;崔永勝;尹煜
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及一種漫反射表面反射成像方法與系統，尤其是涉及一種飛行時間原理的調制型漫反射表面反射成像方法與系統。

背景技術

激光雷達是激光技術與雷達技術相結合的產物，由發射機、天線、接收機、跟蹤架及信息處理等部分組成，它能精確測量目標位置（距離和角度）、運動狀態（速度、振動和姿態）和形狀，探測、識別、分辨和跟蹤目標。1967年，美國國際電話和電報公司研制的星載激光雷達用于航天飛行旗的交會對接，開啟了激光雷達應用的先河。經過幾十年的發展，激光雷達由簡單到復雜、由低級到高級的發展過程，種類不斷增加，功能不斷完善，應用領域越來越廣泛：在軍事方面，主要有水雷探測激光雷達、化學試劑探測激光雷達、大氣監測激光雷達、生化陸戰激光雷達等；在測風方面，多普勒測風激光雷達利用光的多普勒效應，測量激光光束在大氣中傳輸及其回波信號的多普勒頻移來反演空間風速分布，具有高分辨率、高精度、大探測范圍、提供晴空條件下三維風場信息的能力；除此之外，由于激光雷達測距精度高，可詳細反映三維形態，實現非接觸測量等優點，也廣泛應用于氣象、水土保持等方面。

漫反射多被用于生物組織的無損測量，利用漫反射研究生物組織的特性已經取得了長足的發展。生物組織是一種復雜的漫散射介質，當激光照射到生物組織表面時，一部分光能夠到達組織內部的一定深度，其中部分被吸收，部分被散射回到組織表面，這部分光稱為漫反射光。這樣，漫反射光就攜帶有生物組織的“信息”，通過分析漫反射光譜，可以探測到生物組織的成分。

近年來，隨著光電子和光信息處理技術的發展，空間光調制器得到了廣泛的應用?？臻g光調制器（SLM）是一種能將信息加載于一個一維或二維光學數據場上，以有效地利用光的固有傳播速度、互聯能力和并行性的器件。此類器件可以在隨時間變化的光驅動信號或者電驅動信號等的控制下，影響空間上光分布的位相、振幅、波長以及偏振態等信息，或者是改變入射光的相干性。利用它的這些性質，可將其作為實時光學信息處理和光計算等系統中的關鍵器件。

一般的主動成像系統，只能探測到直接被探測光照射的物體，如果目標物體被障礙物遮擋，成像系統則難以探測到目標物體的存在，因此傳統的三維激光雷達不能探測被障礙物遮擋的物體，在許多應用場合中限制了三維激光雷達的工作范圍。

發明內容

為了解決背景技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種飛行時間原理的調制型漫反射表面反射成像方法與系統，用于探測到光學系統成像范圍之外的隱藏物體，擴展三維激光雷達的成像范圍。

本發明采用的技術方案包括：

一、時間原理的調制型漫反射表面反射成像方法

1）激光器發出的激光經過未加載相位的空間光調制器，再經過漫反射體表面反射到待測物體上，待測物體的反射光經過漫反射體表面再次反射后由數字處理器控制探測器接收，獲得未加載相位的三維圖像；

2）激光器發出的激光經過加載相位的空間光調制器調制，再經過漫反射體表面反射到待測物體上，待測物體的反射光經過漫反射體表面再次反射后由數字處理器控制探測器接收，獲得加載相位的三維圖像；

3）將步驟2）得到的加載相位的三維圖像與步驟1）得到的未加載相位的三維圖像相減，擬合出等高線圖的橢圓分布情況；

4）重復步驟2）～步驟3），使得探測器接收2～10⁶次不同光子飛行時間下的加載相位的三維圖像后分別擬合等高線圖的橢圓分布情況，得出各個方向光束最集中的空間光調制器相位分布；

5）根據步驟4）得到的空間光調制器相位分布用激光器依次從各個方向掃描待測物體，并用探測器記錄各個方向下的最終三維圖像；

6）由步驟5）得到各個方向的最終三維圖像利用光飛行時間方程反演出待測物體的成像。

所述的光飛行時間方程為如下公式：

t=2s/c

其中，s為從激光器發出的激光經空間光調制器和漫反射體到待測物體的光路距離，c為光速，t為飛行時間。

所述的步驟4）中的2～10⁶次不同光子飛行時間下的加載相位的三維圖像按照順序相位等值相加。

所述的漫反射體為墻壁、人造塑料板、沙土堆、巖石、地面、山體、云層或植被，所述的數字處理器為個人計算機、DSP或者嵌入式處理器。

二、時間原理的調制型漫反射表面反射成像系統