[發(fā)明專利]一種光子計數(shù)目標高效率高分辨力深度重建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110484526.1
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113203475B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發(fā)明（設計）人: 沈姍姍;孫肖琳;蘇適;何瑞清;冒添翼
• 申請（專利權）人: 南京工業(yè)職業(yè)技術大學
• 主分類號: G01J1/44
• 分類號: G01J1/44;H04N5/335
• 代理公司: 南京燦爛知識產(chǎn)權代理有限公司 32356
• 代理人: 朱妃

本發(fā)明公開了一種光子計數(shù)目標高效率高分辨力深度重建方法，包括以下步驟，S1、將成像系統(tǒng)的準直器固定在二維導軌平臺上，去掉A單光子探測器、固定衰減器和分路器，偽隨機序列發(fā)生器產(chǎn)生一路同步高電平脈沖，該脈沖產(chǎn)生時間和開始發(fā)送偽隨機序列的時間一致，將同步高電平脈沖連接光子時間到達記錄儀，作為開始計時的觸發(fā)信號，偽隨機序列發(fā)生器驅動激光器發(fā)送激光脈沖，激光脈沖信號通過成像系統(tǒng)后得到單點擴頻光子計數(shù)值分布，表達為系統(tǒng)的沖激響應、噪聲光子和攜帶目標特征的目標光子計數(shù)值分布的卷積積分。省去單獨的噪聲去除步驟，以最快的速度方向，加速估計下一次迭代的數(shù)值，運算速度快于線性搜索的迭代算法。

技術領域

本發(fā)明涉及時間相關單光子計數(shù)深度成像技術領域，具體為一種光子計數(shù)目標高效率高分辨力深度重建方法。

背景技術

近年來，光子計數(shù)型偽隨機碼幅度調(diào)制二維成像方法的研究已經(jīng)廣泛展開，成像過程中，存在以下兩個問題：

1)通過兩路光子到達時間點的最佳檢測運算，得到擴頻光子計數(shù)值分布，這就是傳統(tǒng)的基于最佳檢測的相關接收技術。為了得到高精度的擴頻光子計數(shù)值分布，往往通過延長積分時間來提高信噪比，以至于增大了采集的數(shù)據(jù)量、加重數(shù)據(jù)處理負擔、降低成像速度和信號恢復效率。在特殊環(huán)境下，存在后向散射噪聲光的干擾，而信號光衰減加劇，光子計數(shù)率很低，通常為每秒幾個或更少，由于信息量的不足，難以恢復具有尖銳峰值的擴頻光子計數(shù)值分布。

2)構建系統(tǒng)的單光子探測器、時間到達記錄儀等設備引入系統(tǒng)的瞬時干擾，該瞬時干擾可采用系統(tǒng)的沖激響應來描述。以卷積積分為理論依據(jù)，即輸入信號通過線性系統(tǒng)沖激響應的移位、倍乘、疊加運算。信號通過系統(tǒng)后計算獲得擴頻光子計數(shù)值分布，該波形包含系統(tǒng)的瞬時干擾項(Tamer F.Refaat，Syed Ismail，M.Nurul Abedin，ScottM.Spuler，Shane D.Mayor，and Upendra N.Singh.Lidar backscatter signal recoveryfrom phototransistor systematic effect by deconvolution[J].Appl.Opt，2008，47:5281-5288.Joel F.Campbell，Bing Lin，Amin R.Nehrir，F(xiàn).Wallace Harrison，andMichael D.Obland.Super-resolution technique for CW lidar using Fouriertransform reordering and Richardson–Lucy deconvolution[J].Opt.Lett，2014，39:6981-6984.)，導致失真的擴頻光子計數(shù)值分布，使得距離分辨率往往無法達到偽隨機碼發(fā)送速率決定的距離分辨率，例如，碼發(fā)送速率為1GHz，則最小距離單元為一個碼元寬度1ns，對應距離為15厘米。實際探測中，可分辨的最小距離達不到15厘米。針對復雜的目標場景，單個光斑內(nèi)往往包含多個距離的反射光子，當目標在橫向和縱向距離上較為接近時，無法分辨多個距離，造成目標探測的遺漏，目標成像的細節(jié)性不高等問題，如圖1所示，圖1-(a)表示在激光光斑內(nèi)，縱向方向上存在多個距離分布，探測器接收到兩種距離的返回回波光子，縱向間隔距離分布比較密集時，目標的光子統(tǒng)計直方圖會產(chǎn)生重疊如圖1-(c)上方，采用峰值搜索法提取擴頻光子計數(shù)值分布的峰值時，往往會遺漏部分被模糊的距離；光斑大小不變，在縱向分辨能力的限制下，圖1-(b)中，當對橫向方向上兩個距離分布比較密集的目標成像時，無法分辨兩個目標，如圖1-(c)右下方所示。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種光子計數(shù)目標高效率高分辨力深度重建方法，基于一體化光纖式偽隨機碼幅度調(diào)制偏移校正裝置(申請?zhí)枮?01710325775.X)的成像系統(tǒng)，后期數(shù)據(jù)處理中，采用壓縮感知的方法高校恢復擴頻光子計數(shù)值分布，省去單獨的噪聲去除步驟，以最快的速度方向，加速估計下一次迭代的數(shù)值，運算速度快于線性搜索的迭代算法。

為達到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供如下技術方案：