[發明專利]一種大視場大景深的變分辨率非掃描條紋管激光成像系統

有效

• 申請號: 201610590268.4
• 申請日: 2016-07-25
• 公開（公告）號: CN107422336B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 韓紹坤;夏文澤;翟宇;曹京亞
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89;G01S7/481
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種大視場大景深的變分辨率非掃描條紋管激光成像系統，屬于光電成像技術領域。主要包括脈沖激光器、發射和接收光學系統、反射鏡、微透鏡陣列、光纖傳像束、條紋管I/II、CCD相機I/II、控制和處理系統。基本原理是脈沖激光器發射激光脈沖，激光經發射光學系統和反射鏡后照射至目標物，被反射的激光經接收光學系統接收，并成像于微透鏡陣列，像面被微透鏡陣列和光纖傳像束非均勻取樣后，耦合至兩個條紋管的光電陰極，兩個CCD相機分別采集兩個熒光屏上的條紋圖像，并發送至控制和處理系統，最后通過算法得到目標的強度像和距離像。解決了非掃描條紋管激光成像雷達高空間分辨率、遠距離探測、大視場和大景深之間的矛盾。

技術領域

本發明涉及一種大視場大景深的變分辨率非掃描條紋管激光成像系統，屬于光電成像技術領域。

背景技術

條紋管激光成像雷達是上個世紀末出現的一種新體制激光成像雷達，它可以分為掃描式和非掃描式兩種成像機理。與傳統的點掃描式激光雷達相比，它具有高精度、高幀頻等技術優勢，是一種能夠快速獲取目標強度和距離信息的有效手段。經過十幾年的研究，條紋管激光成像雷達已經發展出單狹縫、多狹縫、偏振等多種成像方式。國外研究機構已經成功研制出多種條紋管激光雷達系統，并將其成功應用于水雷偵察、魚群監測、地形測繪等領域，顯示了其廣闊的應用前景。國內一些機構也注意到了它的研究價值，開展了對這種激光雷達的研究工作。非掃描條紋管激光成像雷達主要由大光斑激光器、接收光學系統、光纖轉換系統、條紋管、高速相機、數據處理系統和控制系統組成。其中條紋管是整個激光成像雷達系統的核心器件，條紋管主要由光電陰極、加速系統、聚焦系統、偏轉系統和熒光屏等部分組成。條紋管激光成像雷達是一個極其復雜的多系統裝置，其中每一個部件的性能，及不同部件之間的兼容性將決定最終條紋圖像的質量和重構后圖像的精度。

在激光成像雷達系統應用中，我們往往希望激光成像雷達同時擁有高的空間分辨率、遠的探測距離、大的成像視場和大的成像景深。對于非掃描條紋管激光成像雷達，為了追求高的空間分辨率，接收光學系統像平面中需要采用直徑更小的光纖，而光纖直徑的減小，會導致每根光纖接收到的激光回波能量的降低，而激光回波能量的降低將會減小激光雷達系統的探測距離。為了追求大視場，光纖轉換系統中需要包含更多的光纖，而光纖數量的增多，勢必會減少條紋管熒光屏上每根光纖對應的縱向范圍，在時間分辨率一定時，縱向范圍的減少等同于每個像素點成像景深的減小；因此受到固有成像原理的限制，一般的非掃描條紋管激光成像雷達無法解決高空間分辨率、遠距離探測、大視場和大景深之間的矛盾。尤其是在景深方面(對于距離像來說，成像景深是指像素點的距離探測范圍，也可以稱之為距離門選通距離，條紋管激光雷達需要借助觸發信號延時設備和距離選通方法才能實現遠距離探測)，對比其他激光成像雷達體制，條紋管激光成像雷達本就處于劣勢，而非掃描機理又進一步減小了它的成像景深。因此如何解決非掃描條紋管激光成像雷達高空間分辨率、遠距離探測、大視場和大景深之間的矛盾是一個重要的研究課題。微透鏡陣列可以實現非均勻取樣，而非均勻取樣是一種兼顧空間分辨率和視場的取樣模式，非均勻取樣也可以增大外環像素點的探測距離；光纖具有很好地的柔韌性，可以改變光線的傳播方向，從而可以實現多個條紋管的同時成像，增大了條紋管熒光屏上每根光纖對應的縱向范圍，進而增大了成像景深。因此，本發明使用非均勻取樣模式和多條紋管成像模式，成功的解決了非掃描條紋管激光成像雷達高空間分辨率、遠距離探測、大視場和大景深之間的矛盾。

發明內容

本發明解決了條紋管激光成像雷達高空間分辨率、遠距離探測、大視場和大景深之間的矛盾，提出了一種大視場大景深的變分辨率非掃描條紋管激光成像系統。

本發明是通過以下技術方案實現的。

本發明是一種大視場大景深的變分辨率非掃描條紋管激光成像系統。該裝置包括脈沖激光器、擴束整形光學系統、平面反射鏡、接收光學系統、微透鏡陣列、光纖傳像束、條紋管I、CCD相機I、條紋管II、CCD相機II、控制和處理系統；

所述的脈沖激光器能夠在接收到脈沖觸發信號后發射窄脈沖激光光束；