[發明專利]距離選通空間能量包絡多脈沖延時積分整形方法

有效

• 申請號: 201410104280.0
• 申請日: 2014-03-20
• 公開（公告）號: CN103885187B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 王新偉;崔偉;周燕;李友福
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G01C11/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明屬于三維成像技術領域，具體涉及一種距離選通空間能量包絡多脈沖延時積分整形方法。

背景技術

距離選通超分辨率三維成像是一種新的凝視型三維成像技術，由于具有作用距離遠、像素數高(可大于1000×1000像素)、兼顧大景深及高距離分辨率的特點，使其在復雜環境下的目標探測、隱蔽／遮擋目標探測、地形地貌測繪、避障導航、智能監控等領域具有廣泛的應用前景。

距離選通超分辨率三維成像技術是由法德圣路易斯研究院Martin?Laurenzis等人于2007年提出(Martin?Laurenzis，Frank?Christnach_xr，and?David?Monnin，Long-range?three-dimensional?active?imaging?with?superresolution?depth?mapping，Opt.Lett.，2007，Vol.32(21)，3146-3148)，該技術通過控制激光脈沖和選通脈沖間的延時，并設置激光脈沖的脈寬為選通脈沖的門寬的二分之一，在激光脈沖和選通脈沖間的卷積作用下獲取具有梯形距離選通空間能量包絡的選通切片圖像，然后最少可通過兩幅空間交疊的選通切片圖像實現目標三維圖像的反演。

為進一步降低背景噪聲的影響，提高三維成像的距離分辨率，2012年中國科學院半導體研究所王新偉等提出了一種基于三角形空間能量包絡的距離選通超分辨率三維成像(中國發明專利，申請號201210430995.6)。與德法圣路易斯研究院提出的基于梯形空間能量包絡的距離選通超分辨率三維成像不同，在該方法中激光脈沖的脈寬與選通脈沖的門寬相等，通過控制激光脈沖和選通脈沖的延時，在卷積作用下輸出具有三角形空間能量包絡的選通切片圖像。同樣地，該方法可最少通過兩幅選通切片圖像反演三維圖像。

無論是基于梯形空間能量包絡還是三角形空間能量包絡的距離選通超分辨率三維成像，均需激光脈沖和選通脈沖為矩形方波，從而通過脈沖卷積構造出規則的梯形或三角形空間能量包絡。但是當前用于距離選通三維成像的ns級脈沖激光器的激光脈沖脈形大多為高斯型，或類高斯型，而非方波，從而難以獲得規則的梯形或三角形距離選通空間能量包絡。

此外，為實現靈活的大景深的三維成像，需激光脈寬和選通門寬靈活可調。目前用于距離選通三維成像的選通成像器件的選通門寬均可調，但是脈沖激光器的脈寬則大多不可調或僅可微調，如532nm固體激光器，從而僅能通過調節選通門寬來匹配激光脈寬，實現特定景深的三維成像，大大限制了成像景深的靈活性，換言之，距離選通空間能量包絡的景深無法靈活調節。

發明內容

(一)要解決的技術問題

針對上述現有技術存在的不足之處，本發明的主要目的在于提出一種距離選通空間能量包絡多脈沖延時積分整形方法，可靈活輸出具有不同形狀、景深的距離選通空間能量包絡的選通切片圖像，滿足距離選通超分辨率三維成像對不同形狀空間能量包絡的需求。

(二)技術方案

為解決上述技術問題，本發明提出一種距離選通空間能量包絡多脈沖延時積分整形方法，該方法在選通成像器件一幀的曝光時間里，激光脈沖和選通脈沖形成M個脈沖對，每個脈沖對內含一個激光脈沖和一個選通脈沖，不同脈沖對內的激光脈沖和選通脈沖間的選通延時不同，每個脈沖對可對由選通延時確定的子空間采樣區采樣，相應形成一幅子圖，通過對M個脈沖對按照目標距離選通空間能量包絡幾何特征進行選通延時編碼調制實現不同距離處子空間采樣區采樣，進而實現在選通成像器件一幀曝光時間里M幅子圖的幀內延時積分，在此積分過程中各子圖的空間能量包絡疊加生成目標距離選通空間能量包絡，從而最終輸出一幀具有目標距離選通空間能量包絡幾何特征的距離選通切片圖像。

根據本發明的一種具體實施方式，該方法采用窄脈沖激光器作為照明光源，采用選通成像器件作為探測器，通過時序控制器控制脈沖激光器和選通成像器件工作實現距離選通成像。

根據本發明的一種具體實施方式，該選通延時是每個脈沖對內激光脈沖和選通脈沖間的延時。

根據本發明的一種具體實施方式，所述子圖是由單個脈沖對形成的，即通過控制一個激光脈沖和選通脈沖間的延時實現子空間采樣區采樣，形成一幅子圖。

根據本發明的一種具體實施方式，所述的子空間采樣區是與子圖對應的空間采樣區，該子空間采樣區的景深由激光脈寬和選通門寬共同決定，其大小為