一种强度关联成像系统及其三维成像方法技术方案

技术编号:24166439 阅读:107 留言:0更新日期:2020-05-16 01:36
本发明专利技术涉及一种强度关联成像系统及其三维成像方法,该成像系统包括:发射光路、参考光路、接收光路以及系统控制及数据处理单元;参考光路包括参考相机,发射光路上设置有毛玻璃片和毛玻璃运动驱动电机及控制套件,系统控制及数据处理单元通过控制毛玻璃运动驱动电机及控制套件带动毛玻璃完成各个设定位置的设定运动轨迹的运动,参考相机采集对应的各个散斑场图像数据并发送给系统控制及数据处理单元进行存储;系统控制及数据处理单元根据接收光路实时采集的目标的回波信号、以及内部存储的对应的散斑场图像数据重构目标三维图像。采用无扫描的方式实现三维成像,首次工作时存储各个散斑场图像数据,采用了调制光场预制的方式,提升系统成像速度。

An intensity correlation imaging system and its 3D imaging method

【技术实现步骤摘要】
一种强度关联成像系统及其三维成像方法
本专利技术涉及光电探测
,尤其涉及一种强度关联成像系统及其三维成像方法。
技术介绍
相比传统的被动二维成像方式,激光雷达具有远距离的三维(3D)成像能力,广泛应用于遥感探测、无人驾驶等领域,同时还具有一定穿透遮蔽物(例如:灌木丛、伪装网)的能力。目前,基于时间飞行的激光雷达三维成像是远距离探测的主流方法之一。根据系统是否具有扫描器件可以将其分成扫描式和非扫描式。其中扫描式由于需要逐点扫描,因此其成像效率低,无法兼顾成像分辨率和成像速率;非扫描方式虽然成像速度快,但是其需要大面阵的高时间分辨率探测器阵列,以现在的器件技术水平,还无法实现高分辨率成像。由量子关联成像技术发展而来的强度关联成像是一种新体制的三维成像技术,其具有探测灵敏度高、分辨率高、非局域成像等特点,可广泛应用于诸多领域。在这种成像系统中,成像分辨率可以通过散斑场的空间相干特性来确定。散斑光束被光束分离器分成两个“双”散斑光束:参考光束和信号光束。参考光束直接由参考臂相机接收探测成像,该相机以规则的间隔对参考光场成像(采样时间应比散斑相干时间短得多)。信号光束通过反射光学系统发射到目标表面,单像素探测器收集与物体相互作用后的信号回波。通过参考相机焦平面探测到的强度分布与回波信号光强度之间的相关探测,可以重构物体的图像。然而,这种成像技术虽然可以实现远程的高分辨率三维成像,但是成像时间较长,不利于对动态场景的成像探测,因此兼顾高分辨率成像和快速成像是该技术走向实际应用所必须要突破的瓶颈。r>
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的技术问题,提供一种强度关联成像系统及其三维成像方法方法,解决现有技术中不能兼顾高分辨率成像和快速成像的问题。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下:一种强度关联成像系统,包括:发射光路、参考光路、接收光路以及系统控制及数据处理单元;所述参考光路包括参考相机09,所述发射光路上设置有毛玻璃片02和毛玻璃运动驱动电机及控制套件03,所述系统控制及数据处理单元13与所述毛玻璃运动驱动电机及控制套件03和所述参考相机09分别控制连接;所述系统控制及数据处理单元13通过控制所述毛玻璃运动驱动电机及控制套件03带动所述毛玻璃02完成各个设定位置的设定运动轨迹的运动,所述参考相机09采集对应的各个散斑场图像数据并发送给所述系统控制及数据处理单元13进行存储;所述系统控制及数据处理单元13根据所述接收光路实时采集的目标的回波信号、以及内部存储的对应的所述散斑场图像数据重构目标三维图像。一种基于上述的成像系统的三维成像方法,包括:步骤1,所述毛玻璃02完成各个设定位置的设定运动轨迹的运动,所述参考相机09采集对应的各个散斑场图像列向量I1,I2,…,IN并发送给所述系统控制及数据处理单元13进行存储;步骤2,所述毛玻璃02按照设定位置和运动轨迹进行运动,所述系统控制及数据处理单元13从所述接收光路获取目标回波信号向量o1,o2,…,oN;步骤3,所述系统控制及数据处理单元13根据所述目标回波信号向量o1,o2,…,oN以及对应的散斑场图像列向量I1,I2,…,IN重建目标三维图像。本专利技术的有益效果是:本专利技术提供的一种强度关联成像系统及其成像方法,采用无扫描的方式实现三维成像,利用强度关联原理、高时间分辨探测技术结合压缩感知图像重构方法实现远程目标三维成像,首次工作时存储各个散斑场图像数据,采用了调制光场预制的方式,提升系统成像速度,以解决现有强度关联成像技术中成像速度和成像分辨率不能同时兼顾的问题。在上述技术方案的基础上,本专利技术还可以做如下改进。进一步,所述发射光路还包括:脉冲激光器01、聚光镜04、散斑场可调光阑05和投影透镜组07;所述脉冲激光器01发射的脉冲激光透过所述毛玻璃片02后产生散斑场,所述聚光镜04收集产生的所述散斑场的能量后,所述散斑场可调光阑05对所述散斑场分布大小进行调节,所述投影透镜组07将所述调节后的所述散斑场投影到目标处。进一步,所述发射光路还包括设置于所述散斑场可调光阑05和投影透镜组07之间的分光镜06,光束经过所述分光镜06后反射光方向向下且与透射光夹角为90°;所述参考光路还包括参考成像透镜组08,所述参考成像透镜组08和所述参考相机09依次设置于所述分光镜06的下端,所述参考成像透镜组08将所述聚光镜04后方的散斑场成像到所述参考相机09的探测器焦平面上。进一步,所述接收光路包括接收透镜组10和光电倍增管11,所述成像系统还包括高带宽模拟采集卡12;所述接收透镜组10将所述目标的回波信号的光场成像到所述光电倍增管11的光敏单元上,所述光电倍增管11将接收到的光信号转变为模拟电信号发送给所述高带宽模拟采集卡12;所述高带宽模拟采集卡12将所述光电倍增管11输出的所述模拟电信号转换为高精度数字信号并传输给所述系统控制及数据处理单元13。进一步,所述发射光路还包括脉冲激光器01和激光分束镜14,所述激光分束镜14设置于所述脉冲激光器01和所述毛玻璃片02之间;所述激光分束镜14对所述脉冲激光器01进行反射和透射,所述反射光的方向向下且与透射光夹角为90°;所述系统还包括设置于所述激光分束镜14下方的光电探测器15,所述光电探测器15将透过激光分束镜的激光脉冲转换为电脉冲信号,所述电脉冲信号为触发所述高带宽模拟采集卡12开始数据采集工作的触发信号。进一步,所述步骤3包括:步骤301,根据设定的深度范围从所述散斑场图像列向量中提取有效目标回波信号;步骤302,根据所述有效目标回波信号和对应的所述散斑场图像列向量计算各个时间切片的目标图像;步骤303,根据各个所述时间切片的目标图像重构目标三维图像的三维矩阵XC×R×(2L+1);其中,C、R和2L+1分别表示所述三维图像的列、行、以及深度细分数量。进一步,所述步骤302包括:求取回波向量o1中的最大值索引坐标为lmax,确定所述目标回波信号向量o2,…,oN的有效回波信号数据索引区间均为[lmax-L,lmax+L]。进一步,所述步骤303中所述目标的第一个所述时间切片图像列向量x1的计算方程为:其中,x1∈RC·R×1,Y1表示一个N×1的列向量[o1(lmax-L),o2(lmax-L),…,oN(lmax-L)],A为一个尺寸为N×C·R的矩阵,A=[I1,I2,…,IN]T;Ψ1和θ1分别为尺寸C·R×C·R的矩阵和尺寸为C·R×1的列向量;‖Θ‖1表示Θ的L1范数。采用上述进一步方案的有益效果是:三维成像方法可以解决现有强度关联三维成像技术中的图像重构时间长、图像重构效果差等问题。附图说明图1为本专利技术提供的一种强度关联成像系统的实施例的结构示意图;图2为本专利技术提供的一种强度关联成像方法的实施例的流程图。附图中,各标号所代表的部件列表如下:...

【技术保护点】
1.一种强度关联成像系统,其特征在于,所述成像系统包括:发射光路、参考光路、接收光路以及系统控制及数据处理单元(13);/n所述参考光路包括参考相机(09),所述发射光路上设置有毛玻璃片(02)和毛玻璃运动驱动电机及控制套件(03),所述系统控制及数据处理单元(13)与所述毛玻璃运动驱动电机及控制套件(03)和所述参考相机(09)分别控制连接;/n所述系统控制及数据处理单元(13)通过控制所述毛玻璃运动驱动电机及控制套件(03)带动所述毛玻璃(02)完成各个设定位置的设定运动轨迹的运动,所述参考相机(09)采集对应的各个散斑场图像数据并发送给所述系统控制及数据处理单元(13)进行存储;/n所述系统控制及数据处理单元(13)根据所述接收光路实时采集的目标的回波信号、以及内部存储的对应的所述散斑场图像数据重构目标三维图像。/n

【技术特征摘要】
1.一种强度关联成像系统,其特征在于,所述成像系统包括:发射光路、参考光路、接收光路以及系统控制及数据处理单元(13);
所述参考光路包括参考相机(09),所述发射光路上设置有毛玻璃片(02)和毛玻璃运动驱动电机及控制套件(03),所述系统控制及数据处理单元(13)与所述毛玻璃运动驱动电机及控制套件(03)和所述参考相机(09)分别控制连接;
所述系统控制及数据处理单元(13)通过控制所述毛玻璃运动驱动电机及控制套件(03)带动所述毛玻璃(02)完成各个设定位置的设定运动轨迹的运动,所述参考相机(09)采集对应的各个散斑场图像数据并发送给所述系统控制及数据处理单元(13)进行存储;
所述系统控制及数据处理单元(13)根据所述接收光路实时采集的目标的回波信号、以及内部存储的对应的所述散斑场图像数据重构目标三维图像。


2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述发射光路还包括:脉冲激光器(01)、聚光镜(04)、散斑场可调光阑(05)和投影透镜组(07);
所述脉冲激光器(01)发射的脉冲激光透过所述毛玻璃片(02)后产生散斑场,所述聚光镜(04)收集产生的所述散斑场的能量后,所述散斑场可调光阑(05)对所述散斑场分布大小进行调节,所述投影透镜组(07)将所述调节后的所述散斑场投影到目标处。


3.根据权利要求2所述的成像系统,其特征在于,所述发射光路还包括设置于所述散斑场可调光阑(05)和投影透镜组(07)之间的分光镜(06),光束经过所述分光镜(06)后反射光方向向下且与透射光夹角为90°;
所述参考光路还包括参考成像透镜组(08),所述参考成像透镜组(08)和所述参考相机(09)依次设置于所述分光镜(06)的下端,所述参考成像透镜组(08)将所述聚光镜(04)后方的散斑场成像到所述参考相机(09)的探测器焦平面上。


4.根据权利要求1所述的成像系统,其特征在于,所述接收光路包括接收透镜组(10)和光电倍增管(11),所述成像系统还包括高带宽模拟采集卡(12);
所述接收透镜组(10)将所述目标的回波信号的光场成像到所述光电倍增管(11)的光敏单元上,所述光电倍增管(11)将接收到的光信号转变为模拟电信号发送给所述高带宽模拟采集卡(12);
所述高带宽模拟采集卡(12)将所述光电倍增管(11)输出的所述模拟电信号转换为高精度数字信号并传输给所述系统控制及数据处理单元(13)。


5.根据权利要求4所述的成像系统,其特征在于,所述发射光路还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员:余徽杜卫超王晨晟曾宪江
申请(专利权)人:中国船舶重工集团公司第七一七研究所
类型:发明
国别省市:湖北;42

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