[發明專利]一種用于運動目標三維成像的激光探測系統及成像方法

在審

• 申請號: 201510633477.8
• 申請日: 2015-09-29
• 公開（公告）號: CN105204032A
• 公開（公告）日: 2015-12-30
• 發明（設計）人: 范有臣;孫華燕;郭惠超;都林;樊桂花;李迎春;楊三民;趙延仲;張樹才
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍裝備學院
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 王瓊

1.一種用于運動目標三維成像的激光探測系統，其特征在于包括：激光發射模塊、激光接收模塊、ICCD成像陣列、激光測距模塊、同步控制模塊；

激光發射模塊發射激光信號，經大氣傳輸和目標反射后到達激光接收模塊；

激光接收模塊將接收到的激光信號在ICCD成像陣列上進行成像，形成目標切片圖像；

激光測距模塊測量目標距離，并將該距離信息傳送至同步控制模塊，用以同步激光發射模塊和ICCD成像；

同步控制模塊根據用戶端發送的命令，產生特定時序的控制信號，發送至激光發射模塊和ICCD成像陣列，實現激光發射模塊和ICCD成像陣列的同步，同時同步控制模塊用于實現對ICCD成像陣列增益電壓的調節。

2.根據權利要求1所述的一種用于運動目標三維成像的激光探測系統，其特征在于：所述的激光發射模塊采用高功率脈沖半導體激光器。

3.根據權利要求1所述的一種用于運動目標三維成像的激光探測系統，其特征在于：所述的激光接收模塊采用折反式夜視鏡頭。

4.根據權利要求1所述的一種用于運動目標三維成像的激光探測系統，其特征在于：所述的同步控制模塊發送的控制信號包括發射激光的頻率、脈沖寬度、距離波門寬度，ICCD增益、ICCD初始延時。

5.一種基于權利要求1所述的激光探測系統的運動目標三維成像方法，其特征在于步驟如下：

(1)根據激光探測系統獲得目標切片圖像；

(2)從目標切片圖像中選取基準圖像；

(3)將基準圖像和待配準圖像進行互信息配準；

(4)判斷是否配準成功，若成功則輸出待配準圖像相對于基準圖像的偏移量和旋轉量，根據偏移量和旋轉量矯正待配準圖像，與基準圖像實現空間一致，否則繼續采用粒子群搜索算法對偏移量和旋轉量優化，變換待配準圖像，并進入步驟(3)；

(5)求取目標所在區域每個像素點的時間延遲t_μ；

理想灰度曲線x(n)與實測灰度曲線y(n)的互相關r_xy(m)表示如下：

rxy(m)=Σn=-∞∞x(n)y(n+m)]]>

則互相關值最大時對應于像素點(x,y)的時間延遲t_μ：

tμ=t1+k2×Δt]]>

其中，t₁表示實測灰度曲線中首個非零點對應延遲時間；k表示互相關最大值對應的橫坐標值(互相關曲線r_xy(m)最大時，對應的橫坐標)，，kΔt/2表示對應于取得最大值的時間間隔；

(6)計算對應距離信息：

Ri=ct2=c2×(t0+tμ)=c2×(t0+(t1+(k×Δt)/2))]]>

其中，t₀表示激光脈沖發射時刻；

(7)根據每個像素對應的距離信息直接換算出目標三維圖像。

6.根據權利要求5所述運動目標三維成像方法，其特征在于步驟如下：步驟(2)所述的基準圖像選取方式如下：計算歸一化亮度、信噪比、平均梯度和邊緣強度之和，選取最大值對應的目標切片圖，作為基準圖像：

(1a)進行亮度評價，計算目標所在區域圖像的灰度均值m：

m=1MNΣx=1MΣy=1Ng(x,y)]]>

其中，g(x,y)表示原始圖像，M、N分別對應行數和列數；

(1b)計算信噪比：

(1b1)對原始圖像進行4×4區域分割處理；

(1b2)分別計算每個區域的標準差LSD，并求其平均值LSD_m；

(1b3)信噪比SNR＝m/LSD_m；

(1c)計算對比度C：

C=|μT-μB|μT+μB]]>

其中，μ_T表示原始圖像中目標區域圖像閾值在T內的灰度均值情況；μ_B是表示目標區域圖像附近的背景圖像的平均灰度情況；

(1d)計算平均梯度和邊緣強度：

平均梯度：

g=1MNΣx=1MΣy=1N[(∂g(x,y)∂x)2+(∂g(x,y)∂y)2]/2]]>

邊緣強度：

ei=1ωΣx=1MΣy=1Nga(x,y)2+gb(x,y)2]]>

其中，g(x,y)表示目標所在區域圖像；M，N表示原始圖像的行數及列數；g_a(x,y)²和g_b(x,y)²是g(x,y)經‘sobel’算子對圖像進行邊緣檢測處理后所獲得的檢測圖像。