提高多狭缝条纹管激光成像系统分辨率的成像方法及装置，涉及激光雷达成像技术领域。为了解决现有的激光雷达成像技术中多狭缝条纹面阵存在成像分辨率低的问题。本发明专利技术基于激光探测和多狭缝条纹相机获得目标图像；将激光探测成像的视场划分为M<subgt;0</subgt;×N<subgt;0</subgt;个块处理，每一块为m<subgt;0</subgt;×n<subgt;0</subgt;像元，全部探测视场的像元数为(M<subgt;0</subgt;·m<subgt;0</subgt;)×(N<subgt;0</subgt;·n<subgt;0</subgt;)；控制DMD变换N次，获得N次条纹图像测量结果；1次测量得到的图像为n＝M<subgt;0</subgt;·N<subgt;0</subgt;幅横向像素为m＝m<subgt;0</subgt;·n<subgt;0</subgt;的条纹像，进行强度像提取得到m×n大小的低分辨率目标强度像；根据各像素点N次测量的强度值，通过重构算法对每m<subgt;0</subgt;×n<subgt;0</subgt;小块同步进行重建，进而将目标强度像的分辨率重构为K×L分辨率大小，进而实现成像。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光雷达成像，具体涉及一种提高多狭缝条纹管激光成像系统分辨率的方法以及成像装置。
技术介绍
1、条纹管激光成像雷达是一种利用具有高时间分辨力的条纹相机作为探测器，可以同时实现目标的距离成像和强度成像，在航空航天、地形测绘、水下探测等领域有着广泛应用。
2、条纹管相机属于大面阵工艺，其具有超快时空特性，可实现高空间分辨率和距离分辨率，可分为单狭缝和多狭缝体制。目前单狭缝条纹管成像扫描所得成像分辨率较高，但其仍需要通过精密扫描装置获得目标完整图像，且对于移动的目标，易造成运动伪影等问题。而多狭缝条纹面阵成像无需扫描设备可直接进行单帧面阵成像，对于运动目标成像有着一定优势，但由于条纹管光电阴极区域有限导致其成像分辨率低。
3、计算成像技术通过编码原理、传感机制以及相对应的解码方法，对所得信息进行充分利用及编译，最终以计算重构的方式获取更高分辨率的图像。对比传统物理光学成像系统，其在提高成像分辨率、扩大探测距离、增大成像视场及减小光学系统体积和功耗等方面具有显著优势。
4、综上所述，现有的激光雷达成像技术无法在面阵成像体制下获得目标的高分辨率成像。倘若将计算成像与多狭缝条纹管激光成像有效结合，可实现更高分辨率成像，将是条纹激光面阵成像技术的一次创新。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决现有的激光雷达成像技术中多狭缝条纹面阵存在成像分辨率低的问题。
2、一种提高多狭缝条纹管激光成像系统分辨率的成像方法，包括以下步骤：
>3、基于激光探测和多狭缝条纹相机获得目标图像；将激光探测成像的视场划分为m0×n0个块处理，每一块为m0×n0像元；全部探测视场的像元数为(m0·m0)×(n0·n0)；4、采用k×l分辨率的dmd，其中，k＝k1·m0·m0，l＝k2·n0·n0；对dmd进行(m0 m0)×(n0 n0)分块处理，通过计算机控制dmd微镜阵列编码，控制dmd变换n次，获得n次条纹图像测量结果；在多狭缝激光成像视场中，一个成像单元对应dmd像素数为k1×k2；
5、多狭缝条纹相机对应得到条纹像的横向像素数为m的图像，狭缝数为n；m＝m0·n0，n＝m0·n0；多狭缝条纹管激光成像雷达1次测量所得到的图像为n幅横向像素为m的条纹像，通过对条纹像中的强度像提取，得到m×n大小的低分辨率目标强度像；
6、根据各像素点n次测量的强度值，通过重构算法对每m0×n0小块同步进行重建，进而将目标强度像的分辨率重构为k×l分辨率大小，进而实现成像。
7、进一步地，多狭缝条纹相机对应得到条纹像的横向像素数为m、狭缝数为n的图像的过程中，一个成像单元被变换为一行，以对应一条狭缝，即：将m0×n0的区域变换成m×1；共有n条狭缝。
8、进一步地，根据各像素点n次测量的强度值，通过重构算法对每m0×n0小块同步进行重建的过程包括以下步骤：
9、已知dmd编码n次，条纹相机采集得n×n幅条纹图像采集n×m×n个强度值，系统采集数据的生成模型表示为：
10、ax＝b
11、其中，a∈rn×mn为光编码矩阵，对应n个编码，每个编码包含k×l个元素；x∈rk×l为待重建目标的列向量形式；b∈rn为多狭缝条纹管成像系统采集数据的列向量形式；
12、从光编码矩阵a和采集数据b中重建目标图像x；重建目标像表示为二次最小化问题：
13、
14、采用线性迭代梯度下降方法，将重建过程转换为真实数据与测量数据强度值的最小化过程，利用梯度和梯度下降步长迭代求解最优解，最终重建分辨率m0×n0大小的目标强度像。
15、进一步地，在迭代求解最优解的过程中，判断像素点n次测量强度平均值是否为0，若为0则不进行迭代求解，直接赋值为0；若不为0则利用梯度下降方法求解，最终重建分辨率m0×n0大小的目标强度像。
16、一种提高多狭缝条纹管激光成像系统分辨率的成像装置，包括：激光器、发射光学系统、dmd数字微镜阵列、接收光学系统、多狭缝条纹相机、成像ccd和计算机；
17、激光器发射出脉冲激光经发射光学系统后到达dmd微镜阵列；dmd微镜阵列对激光进行空间调制，调制后的激光照射目标并反射，经接收光学系统后，由多狭缝条纹相机在成像ccd处成像；最终成像ccd将所得目标图传给计算机，计算机对图像进行重构得到高分辨率目标强度像；
18、计算机对图像进行重构得到高分辨率目标强度像的过程包括以下步骤：
19、根据各像素点n次测量的强度值，通过重构算法对每m0×n0小块同步进行重建的过程包括以下步骤：
20、已知dmd编码n次，条纹相机采集得n×n幅条纹图像采集n×m×n个强度值，系统采集数据的生成模型表示为：
21、ax＝b
22、其中，a∈rn×mn为光编码矩阵，对应n个编码，每个编码包含k×l个元素；x∈rk×l为待重建目标的列向量形式；b∈rn为多狭缝条纹管成像系统采集数据的列向量形式；
23、从光编码矩阵a和采集数据b中重建目标图像x；重建目标像表示为二次最小化问题：
24、
25、采用线性迭代梯度下降方法，将重建过程转换为真实数据与测量数据强度值的最小化过程，利用梯度和梯度下降步长迭代求解最优解，最终重建分辨率m0×n0大小的目标强度像。
26、进一步地，在迭代求解最优解的过程中，判断像素点n次测量强度平均值是否为0，若为0则不进行迭代求解，直接赋值为0；若不为0则利用梯度下降方法求解，最终重建分辨率m0×n0大小的目标强度像。
27、进一步地，所述装置还包括数字延迟脉冲发生器；激光器发射脉冲激光同时发射脉冲电信号，经数字延迟脉冲发生器延迟后发送给多狭缝条纹相机，从而启动多狭缝条纹相机开启斜坡电压使其处于工作状态即采集条纹图像，其延迟时间为激光器出射光到达多狭缝条纹相机的时间。
28、进一步地，所述激光器采用泵浦激光器。
29、本专利技术有益效果为：
30、基于现有的多狭缝条纹管成像系统，本专利技术引入计算成像方法对激光进行空间调制，利用非扫描式多次编码测量成像，通过重构算法反演重建出高分辨率的目标强度像，以解决目前多狭缝条纹面阵成像分辨率低的问题，从而在面阵成像体制下获得目标的高分辨率成像，推动高分辨率快速成像的发展。
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【技术保护点】
1.一种提高多狭缝条纹管激光成像系统分辨率的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种提高多狭缝条纹管激光成像系统分辨率的成像方法，其特征在于，多狭缝条纹相机对应得到条纹像的横向像素数为m、狭缝数为n的图像的过程中，一个成像单元被变换为一行，以对应一条狭缝，即：将m0×n0的区域变换成m×1；共有n条狭缝。
3.根据权利要求1或2所述的一种提高多狭缝条纹管激光成像系统分辨率的成像方法，其特征在于，根据各像素点N次测量的强度值，通过重构算法对每m0×n0小块同步进行重建的过程包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种提高多狭缝条纹管激光成像系统分辨率的成像方法，其特征在于，在迭代求解最优解的过程中，判断像素点N次测量强度平均值是否为0，若为0则不进行迭代求解，直接赋值为0；若不为0则利用梯度下降方法求解，最终重建分辨率m0×n0大小的目标强度像。
5.一种提高多狭缝条纹管激光成像系统分辨率的成像装置，其特征在于，包括：激光器、发射光学系统、DMD数字微镜阵列、接收光学系统、多狭缝条纹相机、成像CCD和计算机；
6.根据权利要求5所述的一种提高多狭缝条纹管激光成像系统分辨率的成像装置，其特征在于，在迭代求解最优解的过程中，判断像素点N次测量强度平均值是否为0，若为0则不进行迭代求解，直接赋值为0；若不为0则利用梯度下降方法求解，最终重建分辨率m0×n0大小的目标强度像。
7.根据权利要求6所述的一种提高多狭缝条纹管激光成像系统分辨率的成像装置，其特征在于，所述装置还包括数字延迟脉冲发生器；激光器发射脉冲激光同时发射脉冲电信号，经数字延迟脉冲发生器延迟后发送给多狭缝条纹相机，从而启动多狭缝条纹相机开启斜坡电压使其处于工作状态即采集条纹图像，其延迟时间为激光器出射光到达多狭缝条纹相机的时间。
8.根据权利要求6或7所述的一种提高多狭缝条纹管激光成像系统分辨率的成像装置，其特征在于，所述激光器采用泵浦激光器。
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【技术特征摘要】
1.一种提高多狭缝条纹管激光成像系统分辨率的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种提高多狭缝条纹管激光成像系统分辨率的成像方法，其特征在于，多狭缝条纹相机对应得到条纹像的横向像素数为m、狭缝数为n的图像的过程中，一个成像单元被变换为一行，以对应一条狭缝，即：将m0×n0的区域变换成m×1；共有n条狭缝。
3.根据权利要求1或2所述的一种提高多狭缝条纹管激光成像系统分辨率的成像方法，其特征在于，根据各像素点n次测量的强度值，通过重构算法对每m0×n0小块同步进行重建的过程包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种提高多狭缝条纹管激光成像系统分辨率的成像方法，其特征在于，在迭代求解最优解的过程中，判断像素点n次测量强度平均值是否为0，若为0则不进行迭代求解，直接赋值为0；若不为0则利用梯度下降方法求解，最终重建分辨率m0×n0大小的目标强度像。
5.一种提高多狭缝条纹管激光成像系统分...
【专利技术属性】
技术研发人员：郜键，孟雪，
申请(专利权)人：苏州奥瑞图光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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