利用激光穿孔透視獲得隱藏目標(biāo)三維圖像的方法及裝置制造方法
【專利摘要】利用激光穿孔透視獲得隱藏目標(biāo)三維圖像的方法及裝置，涉及激光成像【技術(shù)領(lǐng)域】，解決了現(xiàn)在無法實(shí)現(xiàn)全隱藏目標(biāo)的3D成像，而且獲得的3D圖像分辨率仍然受場景復(fù)雜度的限制的問題，本發(fā)明采用激光器發(fā)射激光通過一個(gè)小孔，利用光的直線傳播和多次散射原理通過光探測器獲得隱蔽點(diǎn)的信息，方法簡單，且對觀測面上的點(diǎn)進(jìn)行逐一觀測后即可推測出隱蔽的目標(biāo)的三維圖像。本發(fā)明適用于對全隱藏目標(biāo)進(jìn)行3D成像。
【專利說明】利用激光穿孔透視獲得隱藏目標(biāo)三維圖像的方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及激光成像【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著激光技術(shù)的發(fā)展，激光成像廣泛地應(yīng)用到如飛行器導(dǎo)航、地形勘測、直升機(jī)壁障、目標(biāo)識別等民用和軍事領(lǐng)域。近年來利用激光成像技術(shù)探測隱藏目標(biāo)受到越來越多的關(guān)注。這類研究主要集中在用激光探測手段重建隱藏于偽裝物、植被、等遮蔽物后的半隱藏目標(biāo)3D像，無法實(shí)現(xiàn)全隱藏目標(biāo)的3D成像。而且現(xiàn)有方法獲得的3D圖像分辨率仍然受場景復(fù)雜度的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決現(xiàn)在無法實(shí)現(xiàn)全隱藏目標(biāo)的3D成像，而且獲得的3D圖像分辨率仍然受場景復(fù)雜度的限制的問題，提出了利用激光穿孔透視獲得隱藏目標(biāo)三維圖的方法及裝直。
[0004]本發(fā)明所述利用激光穿孔透視獲得隱藏目標(biāo)三維圖像的方法，該方法的具體步驟為:
[0005]步驟一、采用激光器和光探測器檢測遮蔽物上的小孔位置，采用測時(shí)電路根據(jù)激光器發(fā)射光束的時(shí)間和光探測器接收到光束的時(shí)間，獲得激光器所在點(diǎn)L與遮蔽物表面的小孔所在點(diǎn)H的距離Rui,以及激光器所在點(diǎn)L與第一個(gè)散射點(diǎn)S之間的距離Ru ；
[0006]步驟二、根據(jù)待測目標(biāo)區(qū)域和小孔位置，在待測目標(biāo)外側(cè)選取觀測平面；
[0007]步驟三、以探測器的探測頭所在點(diǎn)C為圓心建立三維坐標(biāo)系，探測器的視場中軸線和Z軸夾角為俯仰角9，探測器的視場中軸線在XY上的投影與X正半軸的夾角為水平角0 ;
[0008]步驟四、保持激光器位置不變，改變探測器的位置和方向來選定觀測平面上的某一個(gè)觀測點(diǎn)，探測激光器發(fā)射的激光經(jīng)過三次散射后的激光信號，采用測時(shí)電路獲得光束從激光器發(fā)射到光探測器經(jīng)過的總光程Rtrtal ；
[0009]步驟五、改變激光器的發(fā)射激光的方向到觀測平面的觀測點(diǎn)上，測量測器的探測頭所在點(diǎn)C與觀測面上反射點(diǎn)W之間的距離Rwc ；
[0010]步驟六、計(jì)算獲得遮蔽物的小孔所在點(diǎn)H的坐標(biāo)H(xh, yH, zH)、遮蔽物內(nèi)部第一個(gè)散射點(diǎn)S的坐標(biāo)S (xs, ys, zs)和觀測面上反射點(diǎn)W的坐標(biāo)W (xw, yff, zff)；
[0011]步驟七、根據(jù)遮蔽物的小孔所在點(diǎn)H的坐標(biāo)H(xh，yH, zH)和觀測面上反射點(diǎn)W的坐標(biāo)W(xff, yff, zff)，獲得兩點(diǎn)之間的距離Rhw ；
[0012]步驟八、利用總光程Rtrtal、距離Rw。、距離Ru、距離Rhw和距離定義式及小孔和觀測面反射點(diǎn)確定的直線方程計(jì)算獲得第二個(gè)散射點(diǎn)0的坐標(biāo)0(? y0, Z0)；
[0013]步驟九、重復(fù)步驟四到步驟八，逐一對觀測面上的點(diǎn)進(jìn)行觀測，反推出待測裝置內(nèi)所有點(diǎn)的三維信息，獲得遮蔽物內(nèi)部隱藏目標(biāo)的三維圖像。[0014]實(shí)現(xiàn)上述利用激光穿孔透視獲得隱藏目標(biāo)三維圖像的方法的裝置，該裝置包括:激光器、視場掃描裝置、聚焦鏡、單點(diǎn)探測器、測時(shí)電路、信息處理單元和觀測面；
[0015]激光器向遮蔽物上的小孔發(fā)射激光信號，該激光信號穿過小孔后經(jīng)兩次散射再次經(jīng)過小孔發(fā)射至觀測面，經(jīng)觀測面散射后的光束入射至視場掃描裝置，視場掃描裝置掃描到的回波光束經(jīng)聚焦鏡聚焦后發(fā)射至單點(diǎn)探測器的探測頭上，激光器的激光發(fā)射時(shí)間信號輸出端連接測時(shí)電路的激光發(fā)射時(shí)的時(shí)間信號輸入端，單點(diǎn)探測器探測的信號輸出端連接測時(shí)電路的回波信號輸入端，測時(shí)電路的時(shí)間信號輸出端連接信息處理單元的時(shí)間信號輸入端，視場掃描裝置的成像點(diǎn)角度信號輸出端連接信息處理單元的成像點(diǎn)角度信號輸入端；視場掃描裝置用于掃描成像點(diǎn)反射回的信號，觀測面7用于反射由小孔發(fā)射出的光束。
[0016]另一種實(shí)現(xiàn)上述利用激光穿孔透視獲得隱藏目標(biāo)三維圖像的方法的裝置，該裝置包括一號聚焦鏡、陣列探測器、陣列測時(shí)電路、一號信息處理單元、一號激光器和一號觀測面；
[0017]一號激光器向待測裝置上的小孔發(fā)射激光信號，通過小孔后激光信號經(jīng)兩次散射后再次經(jīng)過小孔發(fā)射至一號觀測面，經(jīng)一號觀測面散射后的光束經(jīng)一號聚焦鏡聚焦后發(fā)射至陣列探測器的探測頭上，陣列探測器探測的多點(diǎn)光束信號輸出端連接陣列測時(shí)電路的回波信號輸入端，陣列測時(shí)電路的時(shí)間信號輸出端連接一號信息處理單元的時(shí)間信號輸入端，一號激光器的激光發(fā)射時(shí)間信號輸出端連接陣列測時(shí)電路的激光發(fā)射時(shí)間信號輸入端。
[0018]本發(fā)明采用激光器發(fā)射激光通過一個(gè)小孔，利用光的直線傳播和多次散射原理通過光探測器獲得隱蔽點(diǎn)的信息，方法簡單，且對觀測面上的點(diǎn)進(jìn)行逐一觀測后即可推測出隱蔽的目標(biāo)的三維圖像，解決了現(xiàn)有方法無法實(shí)現(xiàn)全隱藏目標(biāo)3D成像的問題，同時(shí)突破分辨率受限于場景復(fù)雜度的問題，相同場景復(fù)雜度下，與現(xiàn)有方法相比分辨率提高了一個(gè)量級。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明所述方法的流程圖；
[0020]圖2為【具體實(shí)施方式】六所述裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3為【具體實(shí)施方式】七所述裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]【具體實(shí)施方式】一、結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述利用激光穿孔透視獲得隱藏目標(biāo)三維圖像的方法，該方法的具體步驟為:
[0023]步驟一、采用激光器和光探測器檢測遮蔽物上的小孔位置，采用測時(shí)電路根據(jù)激光器發(fā)射光束的時(shí)間和光探測器接收到光束的時(shí)間，獲得激光器所在點(diǎn)L與遮蔽物表面的小孔所在點(diǎn)H的距離Rui,以及激光器所在點(diǎn)L與第一個(gè)散射點(diǎn)S之間的距離Ru ；
[0024]步驟二、根據(jù)待測目標(biāo)區(qū)域和小孔位置，在待測目標(biāo)外側(cè)選取觀測平面；
[0025]步驟三、以探測器的探測頭所在點(diǎn)C為圓心建立三維坐標(biāo)系，探測器的視場中軸線和Z軸夾角為俯仰角9，探測器的視場中軸線在XY上的投影與X正半軸的夾角為水平角0 ;[0026]步驟四、保持激光器位置不變，改變探測器的位置和方向來選定觀測平面上的某一個(gè)觀測點(diǎn)，探測激光器發(fā)射的激光經(jīng)過三次散射后的激光信號，采用測時(shí)電路獲得光束從激光器發(fā)射到光探測器經(jīng)過的總光程Rtrtal ；
[0027]步驟五、改變激光器的發(fā)射激光的方向到觀測平面的觀測點(diǎn)上，測量測器的探測頭所在點(diǎn)C與觀測面上反射點(diǎn)W之間的距離Rwc ；
[0028]步驟六、計(jì)算獲得遮蔽物的小孔所在點(diǎn)H的坐標(biāo)H(xh, yH, zH)、遮蔽物內(nèi)部第一個(gè)散射點(diǎn)S的坐標(biāo)S (xs, ys, zs)和觀測面上反射點(diǎn)W的坐標(biāo)W (xw, yff, zff)；
[0029]步驟七、根據(jù)遮蔽物的小孔所在點(diǎn)H的坐標(biāo)H(xh，yH, zH)和觀測面上反射點(diǎn)W的坐標(biāo)W(xff, yff, zff)，獲得兩點(diǎn)之間的距離Rhw ；
[0030]步驟八、利用總光程Rtrtal、距離Rw。、距離Ru、距離Rhw和距離定義式及小孔和觀測面反射點(diǎn)確定的直線方程計(jì)算獲得第二個(gè)散射點(diǎn)0的坐標(biāo)0(x0, y0, Z0)；
[0031]步驟九、重復(fù)步驟四到步驟八，逐一對觀測面上的點(diǎn)進(jìn)行觀測，反推出待測裝置內(nèi)所有點(diǎn)的三維信息，獲得遮蔽物內(nèi)部隱藏目標(biāo)的三維圖像。
[0032]【具體實(shí)施方式】二、本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】一所述的利用激光穿孔透視獲得隱藏目標(biāo)三維圖像的方法的進(jìn)一步說明，步驟四所述的從激光器發(fā)射到光探測器經(jīng)過的總
光程 Rttrtal:
[0033]
【權(quán)利要求】
1.利用激光穿孔透視獲得隱藏目標(biāo)三維圖像的方法，其特征在于，該方法的具體步驟為: 步驟一、采用激光器和光探測器檢測遮蔽物上的小孔位置，采用測時(shí)電路根據(jù)激光器發(fā)射光束的時(shí)間和光探測器接收到光束的時(shí)間，獲得激光器所在點(diǎn)L與遮蔽物表面的小孔所在點(diǎn)H的距離Rui,以及激光器所在點(diǎn)L與第一個(gè)散射點(diǎn)S之間的距離& ； 步驟二、根據(jù)待測目標(biāo)區(qū)域和小孔位置，在待測目標(biāo)外側(cè)選取觀測平面；步驟三、以探測器的探測頭所在點(diǎn)C為圓心建立三維坐標(biāo)系，探測器的視場中軸線和Z軸夾角為俯仰角P，探測器的視場中軸線在XY上的投影與X正半軸的夾角為水平角0 ；步驟四、保持激光器位置不變，改變探測器的位置和方向來選定觀測平面上的某一個(gè)觀測點(diǎn)，探測激光器發(fā)射的激光經(jīng)過三次散射后的激光信號，采用測時(shí)電路獲得光束從激光器發(fā)射到光探測器經(jīng)過的總光程Rtrtal ; 步驟五、改變激光器的發(fā)射激光的方向到觀測平面的觀測點(diǎn)上，測量測器的探測頭所在點(diǎn)C與觀測面上反射點(diǎn)W之間的距離Rwc ； 步驟六、計(jì)算獲得遮蔽物的小孔所在點(diǎn)H的坐標(biāo)H(xh，yH, zH)、遮蔽物內(nèi)部第一個(gè)散射點(diǎn)S的坐標(biāo)S (xs, ys, zs)和觀測面上反射點(diǎn)W的坐標(biāo)W (xw, yff, zff)； 步驟七、根據(jù)遮蔽物的小孔所在點(diǎn)H的坐標(biāo)H(xh，yH, zH)和觀測面上反射點(diǎn)W的坐標(biāo)W(xw，yff, zff)，獲得兩點(diǎn)之間的距離R冊； 步驟八、利用總光程Rtrtal、距離Rw。、距離&、距離Rhw和距離定義式及小孔和觀測面反射點(diǎn)確定的直線方程計(jì)算獲得 第二個(gè)散射點(diǎn)O的坐標(biāo)0(? y0, Z0)； 步驟九、重復(fù)步驟四到步驟八，逐一對觀測面上的點(diǎn)進(jìn)行觀測，反推出待測裝置內(nèi)所有點(diǎn)的三維信息，獲得遮蔽物內(nèi)部隱藏目標(biāo)的三維圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用激光穿孔透視獲得隱藏目標(biāo)三維圖像的方法，其特征在于，步驟四所述的從激光器發(fā)射到光探測器經(jīng)過的總光程Rtotal:
Rtotal-RLH+RHs+Rso+RoH+RHw+Rwc ⑴ 式中，Rm為遮蔽物內(nèi)部第一個(gè)散射點(diǎn)S到第二個(gè)散射點(diǎn)0之間的距離；Rra為遮蔽物內(nèi)部第二個(gè)散射點(diǎn)0到遮蔽物的小孔所在點(diǎn)H之間的距離，Rhw為遮蔽物的小孔所在點(diǎn)H到觀測面上反射點(diǎn)W之間的距離，Rhs為遮蔽物的小孔所在點(diǎn)H到第一個(gè)散射點(diǎn)S之間的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用激光穿孔透視獲得隱藏目標(biāo)三維圖像的方法，其特征在于，步驟六中所述計(jì)算獲得遮蔽物的小孔所在點(diǎn)H的坐標(biāo)H(xh，yH, zH)、遮蔽物內(nèi)部第一個(gè)散射點(diǎn)S的坐標(biāo)S (xs, ys, zs)和觀測面上反射點(diǎn)W的坐標(biāo)W (xff, yff, zff)的方法為: 采用飛行時(shí)間法直接測量激光器所在點(diǎn)L與遮蔽物的小孔所在點(diǎn)H的距離Rui以及俯仰角9 L和水平角I，測量激光器的坐標(biāo)L (xL, yL, zL)； 采用公式:Il(>",「"，z" )=(>?/ + /?/7/.sin爐,COS0，V, + R1.^xnO, ,Zj + R丨丨丨CO卿丨、 (2) 獲得遮蔽物表的小孔所在點(diǎn)H的坐標(biāo)； 通過公式:S{xs,ys,zs)=(xj +&、.sin的cos+ ^,,,.sin^sin^ ,z, + Rlscos(p丨、 (i 丨 獲得遮蔽物內(nèi)部第一個(gè)散射點(diǎn)S的坐標(biāo)；通過公式:

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用激光穿孔透視獲得隱藏目標(biāo)三維圖像的方法，其特征在于，步驟七中所述根據(jù)遮蔽物的小孔所在點(diǎn)H的坐標(biāo)H(xh，yH, zH)和觀測面上反射點(diǎn)W的坐標(biāo)W(xff, yff, zff)，獲得兩點(diǎn)之間的距離Rhw以及兩點(diǎn)確定的直線方法: 利用遮蔽物的小孔所在點(diǎn)H的坐標(biāo)和觀測面上反射點(diǎn)W的坐標(biāo)解析出空間直線HW的函數(shù)形式: 其次，根據(jù)遮蔽物的小孔所在點(diǎn)H的坐標(biāo)和觀測面上反射點(diǎn)W的坐標(biāo)求得:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用激光穿孔透視獲得隱藏目標(biāo)三維圖像的方法，其特征在于，步驟八所述利用距離定義式計(jì)算獲得遮蔽物內(nèi)部第二個(gè)散射點(diǎn)0的坐標(biāo)0(? y0, Z0)的方法為: 根據(jù)公式(I)、公式(2)和公式(4)變換獲得:

6.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的利用激光穿孔透視獲得隱藏目標(biāo)三維圖像的方法的裝置，其特征在于，該裝置包括:激光器(I)、視場掃描裝置(2)、聚焦鏡(3)、單點(diǎn)探測器(4)、測時(shí)電路(5)、信息處理單元(6)和觀測面(7)； 激光器(I)向遮蔽物上的小孔發(fā)射激光信號，該激光信號穿過小孔后經(jīng)兩次散射再次經(jīng)過小孔發(fā)射至觀測面(7)，經(jīng)觀測面(7)散射后的光束入射至視場掃描裝置(2)，視場掃描裝置(2)掃描到的回波光束經(jīng)聚焦鏡(3)聚焦后發(fā)射至單點(diǎn)探測器(4)的探測頭上，激光器(I)的激光發(fā)射時(shí)間信號輸出端連接測時(shí)電路(5)的激光發(fā)射時(shí)的時(shí)間信號輸入端，單點(diǎn)探測器(4)探測的信號輸出端連接測時(shí)電路(5)的回波信號輸入端，測時(shí)電路(5)的時(shí)間信號輸出端連接信息處理單元(6)的時(shí)間信號輸入端，視場掃描裝置(2)的成像點(diǎn)角度信號輸出端連接信息處理單元(6)的成像點(diǎn)角度信號輸入端；視場掃描裝置(2)用于掃描成像點(diǎn)反射回的信號，觀測面(7 )用于反射由小孔發(fā)射出的光束。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用激光穿孔透視獲得隱藏目標(biāo)三維圖像的方法的裝置，其特征在于，該裝置包括:一號聚焦鏡(8)、陣列探測器(9)、陣列測時(shí)電路(10)、一號信息處理單元(11 )、一號激光器(12)和一號觀測面(13); 一號激光器(12)向待測裝置上的小孔發(fā)射激光信號，通過小孔后激光信號經(jīng)兩次散射后再次經(jīng)過小孔發(fā)射至一號觀測面(13)，經(jīng)一號觀測面(13)散射后的光束經(jīng)一號聚焦鏡(8)聚焦后發(fā)射至陣列探測器(9)的探測頭上，陣列探測器(9)探測的多點(diǎn)光束信號輸出端連接陣列測時(shí)電路(10)的回波信號輸入端，陣列測時(shí)電路(10)的時(shí)間信號輸出端連接一號信息處理單元(11)的時(shí)間信號輸入端，一號激光器(12)的激光發(fā)射時(shí)間信號輸出端連接陣列測時(shí)電路(10)的激 光發(fā)射時(shí)間信號輸入端。
【文檔編號】G01S17/89GK103645481SQ201310721988
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】靳辰飛, 張思琦, 趙遠(yuǎn), 宋子童, 翟建華, 喬天元 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)