[發明專利]激光反射斷層成像目標反射率分布解算方法

在審

• 申請號: 201810829862.3
• 申請日: 2018-07-25
• 公開（公告）號: CN110850432A
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發明（設計）人: 胡以華;趙楠翔;楊彪;谷雨;石亮;徐世龍;王金誠;王勇;楊星
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 趙瑜;金凱

本發明涉及激光反射斷層成像技術領域，具體涉及一種激光反射斷層成像過程中目標反射率分布解算的方法，在發射激光脈沖寬度大于采樣周期，物體表面有效反射部分的鄰近距離采樣是有所重疊時，回波數據形成反射率投影分布函數與激光發射脈沖的卷積。采用迭代最大似然估計法對反射回波數據解卷積，在卷積核已知情況下，使用參數估計的方法對反卷積解進行估計，最終提取探測目標本身反射率分布函數，提高激光反射斷層重構圖像精度。利用本發明方法可以有效獲取目標表面的反射率分布的最優估計量，從而壓縮回波的脈沖寬度，在激光反射斷層成像圖像重構環節中改善圖像分辨率，減少脈沖展寬帶來的影響，更加快速有效的形成高精度斷層圖像。

技術領域

本發明涉及激光反射斷層成像(Laser Reflective Tomography，簡稱LRT)技術領域，尤其是激光反射斷層成像過程中目標反射率分布解算的運用。

背景技術

在軍事、航天、遙感等諸多領域，為了完成遠距離目標的觀測、識別、偵察、跟蹤等任務，需要在遠距離處獲取目標的高分辨率的圖像。傳統光學成像技術的成像分辨率受限于系統本身的衍射極限，其系統成像孔徑不可以無限增大，因而并不能完全勝任。新的遠距離、高分辨率成像技術手段成為強烈需求。基于距離分辨的激光反射斷層成像是一種為解決兼顧遠距離和高分辨率成像特點的新型激光雷達成像體制。激光雷達反射斷層成像技術是一種通過激光雷達探測目標的多個角度并收集回波信息，獲取目標多角度的空間信息增益，利用計算機斷層成像算法來計算重構目標的斷層面輪廓圖像的技術。激光反射斷層成像的核心思想是利用空間分集產生的非相干累積投影，獲得部分信息增益而形成圖像，投影重構二維圖像方法是該成像方法的核心處理方法。激光反射斷層成像技術更適合用于空間航天器之間的觀測和偵查，特別是衛星對衛星的成像。

但當發射激光脈沖寬度大于采樣周期時，物體表面有效反射部分的鄰近距離采樣是有所重疊的，這意味著產生的回波是反射率分布的投影值與激光高斯脈沖的卷積。這個卷積效應會引起接受回波時域上的波形展寬和脈沖峰值降低；脈沖寬度的展寬會導致重建圖像的分辨率降低。為了解決該卷積效應，就需要對回波數據做解卷積處理。在解卷積問題中，由于問題的非適定性，問題的解并不能用解析的表達式給出。但由于發射脈沖信號是已知的，即在卷積核已知情況下，使用參數估計的方法對反卷積進行估計，是可以得到較好的反卷積結果的。

發明內容

本發明的首要目的在于當發射激光脈沖寬度大于采樣周期，物體表面有效反射部分的鄰近距離采樣有所重疊導致的回波是目標反射率分布投影值與發射高斯脈沖的卷積時，提出一種反解出目標表面反射率分布的技術方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種激光反射斷層成像目標反射率分布解算方法，使用脈沖激光照射探測目標，使用非相干探測系統接收探測回波，將回波數據視為目標本體反射率投影分布函數與發射脈沖波形的卷積結果，使用迭代最大似然估計方法從回波數據中提取目標反射率投影分布函數，在解卷積運算過程中引入噪聲誤差，使用共軛梯度法對目標函數做最小化處理，獲得反射率投影分布函數的最優估計值。

優選地，具體包括以下步驟：

(1)激光器發射脈沖波形為高斯脈沖的激光光束，發射端用信號發生器對激光脈沖進行調制，發射光束經過一個可調節衰減鏡后，由分光鏡對光束分束，其中一束光被探測器檢測并記錄脈沖波形，另一束光經擴束鏡擴束后指向目標，目標本體完全被激光光斑覆蓋；

(2)目標本體受激光光束照射后反射回波，使用非相干探測體制對回波進行探測，接收端用單像素探測器直接探測反射回波，探測器輸出信號經一個射頻高速電信號放大器后，由示波器顯示波形并采集回波數據；

(3)目標本體置于可旋轉轉臺上，轉臺的轉速均勻可控，調整轉臺的旋轉角度，獲取不同角度的目標回波數據；