通超分辨率三維成像所需要的 工作時序，輸出兩路TTL觸發(fā)信號，分別觸發(fā)脈沖激光器（1)和選通成像器件（2)工作； PC機（4)，一方面通過控制時序控制器（3)，對脈沖激光器⑴和選通成像器件⑵的 工作時序進行參數(shù)設(shè)置，另一方面利用三維成像模塊（5)和優(yōu)化顯示模塊（6)實現(xiàn)圖像的 三維重建和優(yōu)化顯示； 三維成像模塊（5)，嵌入到PC機（4)中，用于利用相鄰兩幀切片圖像間的像素強度比與 距離能量比之間的映射關(guān)系，反演得到高位元深度、三維幀頻等于相機幀頻的距離圖； 優(yōu)化顯示模塊（6)，嵌入到PC機（4)中，用于處理高位元深度距離圖，首先將其線性歸 一化到256級灰度，然后用等密度偽彩色編碼方法對其編碼，并將偽彩色編碼后的彩色距 離圖地在PC機⑷上顯示。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的距離選通超分辨率三維成像距離圖優(yōu)化顯示裝置，其中，所 述脈沖激光器（1)采用具有方波時域脈形的半導(dǎo)體激光器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的距離選通超分辨率三維成像距離圖優(yōu)化顯示裝置，其中，所 述選通成像器件（2)采用選通增強CXD (Intensified C⑶，I(XD)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的距離選通超分辨率三維成像距離圖優(yōu)化顯示裝置，其中，所 述時序控制器（3)是基于FPGA實現(xiàn)的，所述PC機（4)能夠提供基于C++語言的編程平臺。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的距離選通超分辨率三維成像距離圖優(yōu)化顯示裝置，其中，所 述三維成像模塊（5)由三維成像算法基于C++語言，在PC機（4)提供的平臺上編程實現(xiàn)； 所述優(yōu)化顯示模塊（6)由等密度偽彩色編碼算法基于C++語言，在PC機（4)提供的平臺上 編程實現(xiàn)。
6. -種距離選通超分辨率三維成像距離圖優(yōu)化顯示方法，基于權(quán)利要求1至5中任一 項所述的裝置，該方法包括： 步驟1、脈沖激光器（1)和選通成像器件（2)按照時序控制器（3)產(chǎn)生的時序工作，利 用距離選通成像方法構(gòu)造具有三角形或梯形空間能量包絡(luò)的切片圖像； 步驟2、嵌入到PC機（4)中的三維成像模塊（5)，根據(jù)距離選通超分辨率三維成像方 法，利用相鄰兩幀切片圖像間的像素強度比與距離能量比之間的映射關(guān)系，來反演得到位 元深度為64bit、灰度級遠大于256的三維灰度距離圖； 步驟3、嵌入到PC機（4)中的優(yōu)化顯示模塊(6)，首先將位元深度為64bit、灰度級遠大 于256的灰度距離圖線性歸一化到256級灰度； 步驟4、優(yōu)化顯示模塊（6)對于歸一化后的256級灰度的距離圖，利用等密度偽彩色編 碼方法，對其進行偽彩色編碼并在PC機（4)上顯示。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的距離選通超分辨率三維成像距離圖優(yōu)化顯示方法，其中，步 驟1中所述利用距離選通成像算法構(gòu)造具有三角形或梯形空間能量包絡(luò)的切片圖像，是通 過脈沖激光器（1)輸出激光脈沖，對目標(biāo)照明，并形成向后傳播的回波信號；選通成像器件 (2)在目標(biāo)回波信號傳播到成器器件時，開啟選通門，收集目標(biāo)的回波信號，其他時間選通 門關(guān)閉而形成的；當(dāng)激光脈沖和選通脈沖具有方波時域脈形，且選通門寬等于激光脈寬時， 可形成具有三角形能量包絡(luò)的切片圖像；當(dāng)激光脈沖和選通脈沖具有方波時域脈形，且選 通門寬為激光脈寬的二倍時時，可形成具有梯形能量包絡(luò)的切片圖像。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的距離選通超分辨率三維成像距離圖優(yōu)化顯示方法，其中，步 驟1中所述距離選通三維成像方法，需要脈沖激光器（1)和選通成像器件（2)按一定的工 作時序工作，在CCD的一幀內(nèi)，有N個激光脈沖和N個選通脈沖，一個激光脈沖和一個選通 脈沖組成一個脈沖對，一個脈沖對形成一幅子圖但并不輸出，N幅子圖在CCD內(nèi)積累并輸出 一幀二維切片圖像；在C⑶一幀內(nèi)，激光脈沖和選通脈沖的延時相同，為^或τ B，相應(yīng)地， 該幀切片圖像稱為A幀或B幀，τ,Ρ τ B之差等于激光脈寬；在此工作時序下和距離選通 超分辨率三維成像方法下，任何相鄰兩幀（Α-Β、Β_Α)均可實現(xiàn)三維成像。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的距離選通超分辨率三維成像距離圖優(yōu)化顯示方法，其中，步 驟2中所述超分辨率三維成像，是利用相鄰兩幀切片圖像之間的像素強度比與距離能量比 之間的映射關(guān)系，反演得到高位元深度的距離圖，即
公式⑴中，i表示第i幀圖像；ri>x,y表示第i幀距離圖中，坐標(biāo)（x，y)處像素的灰度 值，也表示此像素處的距離值；τ i表示第i幀切片圖像幀內(nèi)，激光脈沖和選通脈沖之間的 延時；(：表示激光在工作介質(zhì)中的傳輸速度山，"、11+1，"分別表示第1幀、第1+1幀切片圖 像中，坐標(biāo)（x，y)處像素的灰度值；第i幀、第i+Ι幀切片圖像的幀內(nèi)延時不同。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的距離選通超分辨率三維成像距離圖優(yōu)化顯示方法，其中，所 述高位元深度的距離圖能提高距離選通超分辨率三維成像的距離分辨率，通過公式（1)來 理解：在公式⑴中，Iu y、Ii+1，x，y分別表示第i幀、第i+Ι幀切片圖像中，坐標(biāo)（x，y)處像 素的灰度值；而切片圖像的像素灰度值是由成像器件內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將接收到模擬信 號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號得到的；模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率由像素的位元深度決定，BP
公式（2)中，Q表示模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率，Efsk表示成像器件模數(shù)轉(zhuǎn)換器的總的能量測 量范圍，即可接受的最高能量和最低能量的差值；M表示成像器件的位元深度；由公式（2) 可知，成像器件的位元深度越高，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率越低，則像素灰度值I i;x，y、1%"對 回波信號能量的采樣就越精細；由公式（1)可知，Iuy、I i+uy對回波信號能量的采樣越精 細，則&x，，寸距離的劃分就越精細，三維成像距離分辨率越高。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的距離選通超分辨率三維成像距離圖優(yōu)化顯示方法，其中，步 驟2中所述三維灰度距離圖，是距離圖各像素的灰度值代表視場中對應(yīng)位置的距離值；距 離圖不僅包含二維視場信息，還包含三維距離信息。
12. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的距離選通超分辨率三維成像距離圖優(yōu)化顯示方法，其中，步 驟3中所述將位元深度為64bit、灰度級遠大于256的灰度距離圖線性歸一化到256級灰 度，是通過如下方式進行的：
公式⑶中，I^y表示第i幀灰度距離圖中，坐標(biāo)（x，y)處像素的灰度值，它是用64位 二進制數(shù)表示的；&"^是歸一化后的第i幀灰度距離圖中，坐標(biāo)（x，y)處像素的灰度值， 它是用8位二進制數(shù)表示的；I^ max、&min分別表示第i幀灰度距離圖中的灰度最大值和最 小值。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的距離選通超分辨率三維成像距離圖優(yōu)化顯示方法，其中，步 驟4中所述等密度偽彩色編碼是通過在均勻色度空間中根據(jù)等色差原理設(shè)置偽彩色實現(xiàn)， 來建立圖像灰度級與連續(xù)顏色的一種映射關(guān)系。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種距離選通超分辨率三維成像距離圖優(yōu)化顯示裝置及方法。該裝置包括脈沖激光器、選通成像器件、時序控制器、PC機、三維成像模塊和優(yōu)化顯示模塊?；谠撗b置，提出了距離選通超分辨率三維成像距離圖優(yōu)化顯示的方法，該方法用高位元深度的距離選通切片圖像，代替低位元深度的切片圖像，獲取高位元深度的三維灰度距離圖，且提高了距離分辨率；為使更多細節(jié)逼真呈現(xiàn)，對高位元深度的距離圖的偽彩色處理時，先將其線性歸一化為256級灰度，再進行等密度偽彩色編碼。該方法在盡可能地提高三維成像距離分辨率的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了距離選通超分辨率三維成像技術(shù)的等密度偽彩色編碼顯示。
【IPC分類】G01C11-00
【公開號】CN104748729
【申請?zhí)枴緾N201510121410
【發(fā)明人】劉曉泉, 王新偉, 周燕, 劉育梁
【申請人】中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月19日