基于多点照明的主动非视域阵列成像方法技术

基于多点照明的主动非视域阵列成像方法，涉及光学成像领域。本发明专利技术解决了现有的单点式主动非视域阵列成像系统只能对特定位置和角度的隐藏目标成像，对成像区域的适应性较差的问题。本方法是基于多点照明的主动非视域阵列成像系统实现的，通过改进主动照明的方式，引入多点照明，这样可以提高主动非视域成像系统的成像质量，增强对成像区域的适应性，不局限于对特定位置和角度的隐藏目标成像。本方法通过多点照明进行目标图像重构的过程主要可分为两步，首先对阵列单光子相机采集到的n组激光数据分别重构，得到n个重构后的初始重构图像，继而通过图像融合方法将多个初始重构图像融合，得到最终的图像重构结果。主要用于对隐藏目标进行成像。藏目标进行成像。藏目标进行成像。

【技术实现步骤摘要】
基于多点照明的主动非视域阵列成像方法


[0001]本专利技术涉及光学成像领域。

技术介绍

[0002]在城市作战、灾难救援、安防反恐、无人驾驶等各类复杂的应用场景中，墙体、街角、障碍物等物体往往会对光线形成硬性阻挡，这种情况下传统成像系统的视域几乎完全被限制，无法看见拐角处的目标，想直接对目标成像几乎是不可能的。
[0003]因此，近年来随着无人驾驶领域的高速发展，基于计算光学成像方法产生了专门针对上述情况的非视域成像技术。非视域成像技术主要是通过捕捉目标光线在周围环境中形成的散射光或反射光，继而采用计算成像算法重构目标图像。现有的主动非视域成像系统示意图如下图1所示；该系统的主要构成部分有窄脉冲激光器、中介面、目标、阵列单光子相机。单点式主动非视域成像系统的主要特点是，照明点只有一个且是固定不变的。这种方式的可行性得到了实验验证，但是存在一个很大的缺陷。就是整个系统对目标的空间位置、三维角度、材质以及场景的构造要求较高，只能对特定位置和角度的隐藏目标成像，对成像区域的适应性较差。而在实际应用中，非视域成像系统需对各种成像场景有着较高的适应性。因此，以上问题亟需解决。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是为了解决现有的单点式主动非视域成像系统只能对特定位置和角度的隐藏目标成像，对成像区域的适应性较差的问题；本专利技术提供了一种基于多点照明的主动非视域阵列成像方法。
[0005]基于多点照明的主动非视域阵列成像方法，该方法是基于多点照明的主动非视域阵列成像系统实现的，该多点照明的主动非视域阵列成像系统包括窄脉冲激光器、中介面、阵列单光子相机和目标物体，窄脉冲激光器和阵列单光子相机同步工作，该方法包括如下步骤：
[0006]S1、使窄脉冲激光器、阵列单光子相机和目标物体放置在中介面的同一侧，目标物体不在阵列单光子相机的视场内，并将中介面划分为成像区域和非成像区域；
[0007]S2、窄脉冲激光器向中介面的非成像区域分时出射n次激光，每次出射的激光在中介面的非成像区域上形成一个照明点，共形成n个照明点，每个照明点处窄脉冲激光器发射m个脉冲，m为大于或等于1的整数；n个照明点的位置不同；n为大于或等于2的整数；n个照明点分别与窄脉冲激光器出射n次激光一一对应；
[0008]照明点，用于对目标物体进行照明；
[0009]其中，窄脉冲激光器每次出射的激光的传播方向为：窄脉冲激光器向中介面的非成像区域出射激光，激光经中介面的非成像区域第一次散射后入射至目标物体上，又经目标物体第二次散射后入射至中介面的成像区域后，又经中介面的成像区域第三次散射后，入射至阵列单光子相机；
[0010]S3、阵列单光子相机对窄脉冲激光器每次出射的激光所对应的第三次散射后激光进行时空信息采集，从而获得P
i
；i为整数，i＝1,2
……
n；
[0011]其中，P
i
为阵列单光子相机采集到的窄脉冲激光器第i次出射的激光所对应的第三次散射后激光中包含时间和空间信息的矩阵；
[0012]S4、获得窄脉冲激光器第i次出射的激光所对应的非视域成像系统光场传输矩阵H
i
；
[0013]S5、利用P
i
和H
i
进行图像重构，获得第i次出射的激光所对应的初始重构图像ρ
i
；
[0014]其中，H
i
为窄脉冲激光器第i次出射的激光所对应的成像系统光场传输矩阵；
[0015]S6、对n个初始重构图像ρ1至ρ
n
进行图像融合，从而获得融合后的目标重构图像I。
[0016]优选的是，S5、利用P
i
和H
i
进行图像重构，获得第i次出射的激光所对应的初始重构图像ρ
i
的实现方式为：
[0017]ρ
i
＝P
i
H
i
‑1ꢀꢀꢀ
(公式一)。
[0018]优选的是，S4、获得窄脉冲激光器第i次出射的激光所对应的非视域成像系统光场传输矩阵H
i
的实现方式包括如下步骤：
[0019]S41、构建窄脉冲激光器第i次出射的激光所对应的非视域成像系统的点扩散函数H
i
(L
i
,S,O)；
[0020]H
i
(L
i
,S,O)＝KP
PL
(L
i
)ρ(L
i
)G(R
i1
,R
i2
)G(R
i2
,R
i3
)ρ(S)G(R
i3
,R
i4
)
ꢀꢀꢀ
(公式二)；
[0021]其中，
[0022]K为阵列单光子相机的响应度；
[0023]ρ(L
i
)为中介面上第i个照明点L
i
所在的非成像区域的散射系数；
[0024]P
PL
(L
i
)为第i个照明点L
i
所对应的窄脉冲激光器出射的第i次激光的光强；
[0025]G(R
i1
，R
i2
)为R
i1
和R
i2
之间的几何散射因子；
[0026]R
i1
为窄脉冲激光器与中介面的非成像区域上照明点L
i
间的距离向量；
[0027]R
i2
为激光从第i个照明点L
i
出发，入射至目标物体上的距离向量；
[0028]G(R
i2
，R
i3
)为R
i2
和R
i3
之间的几何散射因子；
[0029]R
i3
为第i个照明点L
i
出射的激光，经目标物体散射后入射至中介面的成像区域上的距离向量；
[0030]G(R
i3
，R
i4
)为R
i3
和R
i4
之间的几何散射因子；
[0031]R
i4
为第i个照明点L
i
出射的激光，经中介面的成像区域散射至阵列单光子相机上的距离向量；
[0032]ρ(S)为中介面上成像区域的散射系数；O为目标物体平面；
[0033]S为中介面的成像区域；
[0034]S42、对非视域成像系统的点扩散函数H
i
(L
i
，S，O)进行离散化，从而获得H
i
。
[0035]优选的是，S41中，G(R
i1
，R
i2
)的实现方式为：
[0036][0037]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于多点照明的主动非视域阵列成像方法，该方法是基于多点照明的主动非视域阵列成像系统实现的，该多点照明的主动非视域阵列成像系统包括窄脉冲激光器(1)、中介面(2)、阵列单光子相机(3)和目标物体(4)，窄脉冲激光器(1)和阵列单光子相机(3)同步工作，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1、使窄脉冲激光器(1)、阵列单光子相机(3)和目标物体(4)放置在中介面(2)的同一侧，目标物体(4)不在阵列单光子相机(3)的视场内，并将中介面(2)划分为成像区域和非成像区域；S2、窄脉冲激光器(1)向中介面(2)的非成像区域分时出射n次激光，每次出射的激光在中介面(2)的非成像区域上形成一个照明点，共形成n个照明点，每个照明点处窄脉冲激光器(1)发射m个脉冲，m为大于或等于1的整数；n个照明点的位置不同；n为大于或等于2的整数；n个照明点分别与窄脉冲激光器(1)出射n次激光一一对应；照明点，用于对目标物体(4)进行照明；其中，窄脉冲激光器(1)每次出射的激光的传播方向为：窄脉冲激光器(1)向中介面(2)的非成像区域出射激光，激光经中介面(2)的非成像区域第一次散射后入射至目标物体(4)上，又经目标物体(4)第二次散射后入射至中介面(2)的成像区域后，又经中介面(2)的成像区域第三次散射后，入射至阵列单光子相机(3)；S3、阵列单光子相机(3)对窄脉冲激光器(1)每次出射的激光所对应的第三次散射后激光进行时空信息采集，从而获得P
i
；i为整数，i＝1,2
……
n；其中，P
i
为阵列单光子相机(3)采集到的窄脉冲激光器(1)第i次出射的激光所对应的第三次散射后激光中包含时间和空间信息的矩阵；S4、获得窄脉冲激光器(1)第i次出射的激光所对应的非视域成像系统光场传输矩阵H
i
；S5、利用P
i
和H
i
进行图像重构，获得第i次出射的激光所对应的初始重构图像ρ
i
；其中，H
i
为窄脉冲激光器(1)第i次出射的激光所对应的成像系统光场传输矩阵；S6、对n个初始重构图像ρ1至ρ
n
进行图像融合，从而获得融合后的目标重构图像I。2.根据权利要求1所述的基于多点照明的主动非视域阵列成像方法，其特征在于，S5、利用P
i
和H
i
进行图像重构，获得第i次出射的激光所对应的初始重构图像ρ
i
的实现方式为：ρ
i
＝P
i
H
i
‑1ꢀꢀꢀꢀ
(公式一)。3.根据权利要求1所述的基于多点照明的主动非视域阵列成像方法，其特征在于，S4、获得窄脉冲激光器(1)第i次出射的激光所对应的非视域成像系统光场传输矩阵H
i
的实现方式包括如下步骤：S41、构建窄脉冲激光器(1)第i次出射的激光所对应的非视域成像系统的点扩散函数H
i
(L
i
,S,O)；H
i
(L
i
,S,O)＝KP
PL
(L
i
)ρ(L
i
)G(R
i1
,R
i2
)G(R
i2
,R
i3
)ρ(S)G(R
i3
,R
i4
)(公式二)；其中，K为阵列单光子相机(3)的响应度；ρ(L
i
)为中介面(2)上第i个照明点L
i
所在的非成像区域的散射系数；P
PL
(L
i
)为第i个照明点L
i
所对应的窄脉冲激光器(1)出射的第i次激光的光强；G(R
i1
,R
i2
)为R
i1

【专利技术属性】
技术研发人员：靳辰飞，田小芮，马俊锋，杨杰，唐勐，乔凯，史晓洁，张思琦，刘丽萍，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：