[發明專利]基于時間關聯的三維成像裝置和成像方法

有效

• 申請號: 201710000722.0
• 申請日: 2017-01-03
• 公開（公告）號: CN106707295B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 薄遵望;龔文林;韓申生;陳明亮
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

1.一種基于時間關聯的三維成像裝置的三維成像方法，該裝置包括發射系統、接收系統和控制系統，所述的發射系統包括激光器(1)、光強調制器(2)和激光擴束鏡(3)，所述的接收系統包括接收望遠鏡(5)和面陣探測器(6)，所述的控制系統為工控機(7)，沿所述激光器(1)的輸出光路依次是所述的光強調制器(2)和激光擴束鏡(3)，所述激光擴束鏡(3)將激光束整形擴束成空間均勻分布的光束并輻照到目標(4)上，所述的接收望遠鏡(5)將目標(4)成像到所述面陣探測器(6)的感光面上；所述的激光器(1)、光強調制器(2)和面陣探測器(6)分別與所述的工控機(7)相連，并在所述工控機(7)的控制下同步協調工作，其特征在于該方法包括下列步驟：

1)在所述的工控機(7)的控制下，所述的激光器(1)、光強調制器(2)和面陣探測器(6)同步工作，所述的激光器(1)輸出的連續激光經所述的激光擴束鏡(3)整形擴束成空間分布相對均勻的光場后發射到目標(4)上，所述的目標(4)反射后進入所述的接收望遠鏡(5)并被成像到所述的面陣探測器(6)的感光面上，所述的面陣探測器(6)獲取目標的二維圖像信息A(x,y)，其中A(x,y)的數值為歸一化的目標反射系數，(x,y)表示二維圖像上每個像點的坐標；

2)獲取目標二維圖像上每個像點的高程信息R(x,y)，具體過程是：

在所述的工控機(7)的控制下，所述的激光器(1)、光強調制器(2)和面陣探測器(6)同步工作，所述的光強調制器(2)將所述的激光器(1)輸出的連續激光調制成一系列光強隨機漲落的矩形激光脈沖序列，即時間調制光場，并將第k個矩形激光脈沖經所述的激光擴束鏡(3)發射到目標(4)上，第k個矩形激光脈沖輻照到目標(4)上反射進入所述的接收望遠鏡(5)并被成像到面陣探測器(6)的感光面上，所述的面陣探測器(6)在所述的工控機(7)的延時觸發下記錄返回光場的空間分布為其中在時間t∈(0,P]內服從隨機分布，P為一個矩形激光脈沖的持續時間，M為探測過程中經所述的激光擴束鏡(3)發射到目標(4)上的矩形激光脈沖個數；每個矩形激光脈沖的持續時間P、觸發面陣探測器(6)的同步信號相對于觸發光強調制器(2)的同步信號的延時Δτ和面陣探測器(6)的曝光開門時間Δs滿足下列關系式：

L_max和L_min分別表示成像裝置到目標(4)的最遠點的距離和最近點的距離，c為光在真空中的傳播速度，所述的面陣探測器(6)的曝光設置使不同像點的返回光經歷不同的積分時間；

將所述的與按下列公式計算相關系數函數：

其中，E(·)和σ(·)分別表示測量數據關于k次采樣的均值運算和標準差運算，

表示對像點(x,y)處的返回光場在0～t_g時間內能量積分的第k個光場強度，按下列公式計算：

其中，t_g為對應于相關系數函數C(x,y,t_g)具有最大值的能量積分時間，即為面陣探測器(6)在像點(x,y)的能量積分時間t_g(x,y)，最后利用公式計算目標的高程信息R(x,y)：

R(x,y)＝c×t_g(x,y) (4)

3)將所述的目標二維圖像信息A(x,y)和對應像點的高程信息R(x,y)復合成目標的三維圖像。