[發明專利]非合目標激光反射投影中心對準方法

無效

• 申請號: 201410120712.7
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN103913734A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 胡以華;周德力;黃庚華;舒嶸;顏洪雷;藍曉萍
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01S7/48
• 分類號: G01S7/48
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域：

本發明涉及激光反射層析成像雷達技術，具體涉及一種非合目標激光反射投影中心對準方法，它用于靶標的激光投影圖重建的旋轉中心對準，且無須在靶標上設置特定區域作為特征點跟蹤，直接應用于非合目標的廓像重構。

背景技術：

反射層析（距離—強度）類似于CT反投影圖像重建技術，其實質是使用納秒窄脈沖激光照射物體，光脈沖被物體表面反射，物體不同視角的表面特性調制光脈沖的時間特性，從而改變激光回波的形狀，獲得圍繞物體一周的平面內不同視角下的投影后，利用層析重構算法可以得到物體二維交叉截面的廓像，這種層析反映了該視軸方向下物體廓像的邊緣信息，如圖2反射層析激光雷達所示。和透射層析相反，反射層析重建的是目標外表面的輪廓信息，而不是物體內部結構信息。

層析圖像重構是將反射回波投影經卷積濾波和回抹得到的，圖像某像素點強度信息是通過計算該點在360°范圍內的反射回波強度累加而成。其前提是必須采用算法從投影信息中直接提取有用信息實現投影中心的有效自對準，投影圖對準就是將不同角度下的旋轉中心投影排列到一條直線上。

為了獲得靶標360°投影信息，靶標須圍繞其質心做圓周運動，這樣就會引入隨機抖動，導致目標不同角度投影的旋轉中心位置發生漂移。此外，系統不可避免會受到大氣湍流擾動影響，激光通過這些大氣漩渦時，光波的強度在空間和時間上都會呈現隨機起伏，時間上的隨機起伏會引起投影中心點的投影距離反應到時間上的不同程度延遲，在特征點跟蹤配準時，投影中心點不在一條直線上，造成投影中心點失配，導致圖像重構時出現嚴重錯位扭曲現象，極大降級層析成像質量。現有的嚴毅等人的投影圖對準方法雖然在粗對準后加入相位恢復迭代算法，實現了較高的投影圖對準，改善了重構圖像的質量，但使用該方法的前提是必須在靶標上設置某塊區域的激光反射率和周邊反射率有較大區別（即合作目標），從而跟蹤該區域的特征變化推導出旋轉中心的位置。而實際應用中通常是對將激光反射層析成像技術應用于對未知物體圖像特征的探測，極大限制了該技術的應用范圍。

最早提出激光反射層析成像技術的是1989年F.K.Knight等人（F.K.Knight,S.R.Kulkarni,R.M.Marino,and?J.K.Parker.Tomographic?Techniques?Applied?to?Laser?Radar?Reflective?Measurements[J],The?Lincoln?Laboratory?Journal.Volume2.Number2(1989)），文中初步分析了反射和投射層析的區別，對距離精度、多普勒精度和角度—角度測量的激光反射層析成像重構方法做了理論分析。最早將相位恢復算法應用到反射層析成像激光雷達成像的是Stephen.D.Ford和Charles?L.Matson(Stephen.D.Ford,Charles?L.Matson.Projection?Registration?in?Reflective?Tomography[J].Part?of?the?SPIE?Conference?on?Digital?image?Recovery?and?Synthesis?IV,1999,SPIE?Vol.3815:189-198),但文章只是對透射層析投影進行了仿真模擬。2010年金曉峰等人提出將特征點跟蹤應用于激光反射層析成像技術中（Xiaofeng?Jin,Jianfeng?Sun,Yi?Yan?et?al.Feature?tracking?for?projection?registration?in?laboratory-scale?reflective?tomography?laser?radar?imaging[J].Optics?Communication,2010），但該偏文章仍然只是對合作目標的投影圖重建。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種基于非合目標的反射投影圖中心對準方法，該方法可以大大拓展激光反射層析成像技術的應用范圍，解決了目前該技術只能應用于實驗時環境下對合作目標圖像重構的問題，有利于激光反射層析成像雷達系統的實際應用。

本發明的具體技術解決方案如下：

一種非合目標激光反射投影中心對準方法，其特征在于該方法通過密集采樣目標體激光回波，跟蹤每個角度的回波投影峰值，再根據整個360°的投影回波之間的幾何關系導出旋轉中心點的位置，并對求得的投影中心點位置求期望矯正，減小因激光信號流積分帶來的估計誤差，通過GS相位恢復算法進一步對準，具體包括以下步驟：